JP2012217037A - 電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】発振装置を有する電子機器の低消費電力化を図る。
【解決手段】電子機器２００は、アレイ状に配列された複数の発振装置１００を備えている。発振装置１００は、圧電振動子１０と、一面において圧電振動子１０を拘束する振動部材２０と、振動部材２０を保持する支持部材３０と、を有している。隣接する二つの発振装置１００は、それぞれが有する圧電振動子１０が互いに異なる材料により構成されることにより、互いに異なる共振周波数を有する。これにより、発振装置を有する電子機器の低消費電力化を図ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、発振装置を有する電子機器に関する。

電子機器に搭載する電気音響変換器として、圧電型電気音響変換器がある。圧電型電気音響変換器は、圧電振動子に電界を印加することにより発生する伸縮運動を利用して、振動振幅を発生させるものである。圧電型電気音響変換器は、振動振幅を発生させるために多数の部材を必要とせず、薄型化に有利である。
圧電型電気音響変換器に関する技術としては、例えば特許文献１〜３に記載されるものが挙げられる。

特許文献１に記載の技術は、複数の電気音響変換素子を有する広帯域送受波器に関し、各電気音響変換素子が有する整合層の長さを異ならせるというものである。特許文献２に記載の技術は、搬送周波数を共振周波数からオフセットさせてパラメトリック出力を増大させるというものである。特許文献３に記載の技術は、アパーチャを横断して異なる圧電材料と非圧電材料の比率等を有する層を備える音響変換器に関するものである。
また、圧電素子に関する技術としては、例えば特許文献４に記載のものがある。特許文献４に記載の技術は、圧電体要素と誘電体部分とからなる複合圧電体において、圧電体要素の断面積を超音波放射方向に沿って異ならせるというものである。

特開２００２−４４７８７号公報 特表２００３−５１３５７６号公報 特開平３−１１３９９９号公報 特開２００４−７２７５５号公報

アレイ状に配列された複数の発振装置を有する電子機器においては、隣接する発振装置から出力される音波が干渉してしまう場合がある。この場合、音波のキャンセリングによるエネルギーロスが生じてしまう。

本発明の目的は、発振装置を有する電子機器の低消費電力化を図ることにある。

本発明によれば、アレイ状に配列された複数の発振装置を備え、
前記発振装置は、
圧電振動子と、
一面において前記圧電振動子を拘束する振動部材と、
前記振動部材を保持する支持部材と、
を有しており、
隣接する二つの前記発振装置は、それぞれが有する前記圧電振動子が互いに異なる材料により構成されることにより、互いに異なる共振周波数を有する電子機器が提供される。

本発明によれば、アレイ状に配列された複数の発振装置を備え、
前記発振装置は、
圧電振動子と、
一面において前記圧電振動子を拘束する振動部材と、
前記振動部材を保持する支持部材と、
を有しており、
隣接する二つの前記発振装置は、それぞれが有する前記圧電振動子が互いに異なる形状を有することにより、互いに異なる共振周波数を有する電子機器が提供される。

本発明によれば、アレイ状に配列された複数の発振装置を備え、
前記発振装置は、
圧電振動子と、
一面において前記圧電振動子を拘束する振動部材と、
前記振動部材を保持する支持部材と、
を有しており、
隣接する二つの前記発振装置は、それぞれが有する前記振動部材が互いに異なる膜厚を有することにより、互いに異なる共振周波数を有する電子機器が提供される。

本発明によれば、発振装置を有する電子機器の低消費電力化を図ることができる。

第１の実施形態に係る電子機器を示す断面図である。 図１に示す電子機器を示す平面図である。 図１に示す圧電振動子を示す断面図である 第２の実施形態に係る電子機器を示す断面図である。 図４に示す電子機器を示す平面図である。 図４に示す電子機器の変形例を示す断面図である。 第３の実施形態に係る電子機器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。

図１は、第１の実施形態に係る電子機器２００を示す断面図である。図２は、図１に示す電子機器２００を示す平面図である。図１および図２は、電子機器２００の一部を示している。本実施形態に係る電子機器２００は、アレイ状に配列された複数の発振装置１００を備える。電子機器２００は、例えば携帯電話機等の携帯通信端末である。

複数の発振装置１００は、圧電振動子１０と、振動部材２０と、支持部材３０と、をそれぞれ有している。振動部材２０は、一面において圧電振動子１０を拘束する。支持部材３０は、振動部材２０を保持する。隣接する二つの発振装置１００は、それぞれが有する圧電振動子１０が互いに異なる材料により構成されることにより、互いに異なる共振周波数を有する。以下、電子機器２００の構成について詳細に説明する。

図１に示すように、振動部材２０は、例えば平板形状を有している。振動部材２０は、金属や樹脂等、脆性材料であるセラミックに対して高い弾性率を持つ材料によって構成され、例えばリン青銅、又はステンレス等の汎用材料によって構成される。振動部材２０の厚みは、５〜５００μｍであることが好ましい。また、振動部材２０の縦弾性係数は、１〜５００ＧＰａであることが好ましい。振動部材２０の縦弾性係数が過度に低い、または高い場合、発振装置の振動特性や信頼性を損なうおそれがある。

図１に示すように、発振装置１００は、弾性部材２２を備えている。弾性部材２２は、振動部材２０の一面とは反対の他面に設けられている。また、図２に示すように、弾性部材２２の縁は、平面視で振動部材２０の縁よりも外側に位置する。弾性部材２２は、例えばウレタン、ＰＥＴ、又はポリエチレン等の樹脂材料等によって構成される。支持部材３０は、弾性部材２２を介して振動部材２０を支持している。なお、弾性部材２２は、例えば振動部材２０の外周部にのみ設けられていてもよい（図示せず）。

図３は、図１に示す圧電振動子１０を示す断面図である。図３に示すように、圧電振動子１０は、圧電体７０、上部電極７２および下部電極７４を有している。圧電体７０は、上部電極７２および下部電極７４に挟まれている。また、圧電体７０は、その厚さ方向（図３中上下方向）に分極している。圧電振動子１０は、振動部材２０の一面と水平な面方向において、例えば円形または楕円形を有する。また、図２に示すように、圧電振動子１０は、振動部材２０および弾性部材２２と同心状に形成することができる。

圧電体７０は、圧電効果を有する材料により構成され、例えば電気機械変換効率が高い材料としてジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）またはチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）等により構成される。本実施形態における隣接する二つの発振装置１００は、それぞれが有する圧電振動子１０の圧電体７０が互いに異なる材料により構成されることにより、互いに異なる共振周波数を有する。
本実施形態においては、例えば隣接する二つの発振装置１００のうち、一方の発振装置１００が有する圧電振動子１０の圧電体７０をＰＺＴにより構成し、他方の発振装置１００が有する圧電振動子１０の圧電体７０をＢａＴｉＯ_３により構成することができる。これにより、隣接する二つの発振装置１００は互いに異なる共振周波数を有することとなる。

圧電体７０の厚みは、１０μｍ〜１ｍｍであることが好ましい。厚みが１０μｍ未満である場合、圧電体７０は脆性材料により構成されるため、取り扱い時において破損等が生じやすい。一方、厚みが１ｍｍを超える場合、圧電体７０の電界強度が低減する。このため、エネルギー変換効率の低下を招く。

上部電極７２および下部電極７４は、電気伝導性を有する材料によって構成され、例えば銀または銀／パラジウム合金等によって構成される。銀は、低抵抗な汎用材料であり、製造コストや製造プロセスの観点から優位である。また、銀／パラジウム合金は、耐酸化性に優れた低抵抗材料であり、信頼性に優れる。上部電極７２および下部電極７４の厚みは、１〜５０μｍであることが好ましい。厚みが１μｍ未満の場合、均一に成形することが難しくなる。一方、５０μｍを超える場合、上部電極７２または下部電極７４が圧電体７０に対して拘束面となり、エネルギー変換効率の低下を招く。

発振装置１００は、制御部９０と、信号生成部９２と、を備えている。信号生成部９２は、圧電振動子１０と接続し、圧電振動子１０に入力する電気信号を生成する。制御部９０は、信号生成部９２に接続し、信号生成部９２による信号の生成を制御する。外部から入力された情報に基づいて制御部９０が信号生成部９２の信号の生成を制御することにより、発振装置１００の出力を制御することができる。
本実施形態においては、図１に示すように、信号生成部９２は、各圧電振動子１０と接続している。そして、制御部９０は、信号生成部９２を介して複数の発振装置１００の出力を個別に制御することができる。

本実施形態において、発振装置１００は、パラメトリックスピーカとして使用される。発振装置１００をパラメトリックスピーカとして使用する場合、制御部９０は信号生成部９２を介して、パラメトリックスピーカとしての変調信号を入力する。この場合、圧電振動子１０は、２０ｋＨｚ以上、例えば１００ｋＨｚの音波を信号の輸送波として用いる。

制御部９０は、例えば隣接する二つの発振装置１００から出力される音波が異なる周波数を有するように、発振装置１００の出力を制御することができる。この場合において、隣接する二つの発振装置１００は異なる共振周波数を有するため、輸送波の周波数として各発振装置１００それぞれの共振周波数を選択することができる。

また、制御部９０は、再生する可聴音の周波数や、出力する音波の指向性を考慮して、各発振装置１００の出力を調整することができる。

なお、発振装置１００は、通常のスピーカや、音波センサとしても用いることができる。
発振装置１００を通常のスピーカとして使用する場合には、制御部９０は信号生成部９２を介して、音声信号をそのまま圧電振動子１０へ入力する。
また、発振装置１００を音波センサとして使用する場合、制御部９０に入力される信号は、音波を発振する旨の指令信号である。この場合、信号生成部９２は、圧電振動子１０に圧電振動子１０の共振周波数の音波を発生させる。

次に、本実施形態の効果を説明する。本実施形態によれば、隣接する二つの発振装置１００は、互いに異なる共振周波数を有する。すなわち、隣接する二つの発振装置１００が互いに異なる周波数を有する音波を出力するように調整し、隣接する二つの発振装置１００から出力される音波が干渉してしまうことを抑制することができる。
また、互いに異なる共振周波数を有する発振装置１００から、それぞれの共振周波数近傍における周波数を有する音波を出力することにより、十分な音圧レベルを確保することもできる。
このように、本実施形態に係る電子機器によれば、音波の干渉を抑えつつ、十分な音圧レベルを確保することができる。従って、電子機器の低消費電力化を図ることができる。

また、本実施形態によれば、隣接する二つの発振装置１００は、それぞれが有する圧電振動子１０が互いに異なる材料により構成されることにより、互いに異なる共振周波数を有する。このため、圧電振動子１０の形状等を変更せずとも、上記効果を得ることができる。従って、電子機器の設計に影響を与えず、容易に製造が可能であり、かつ低消費電力化を実現することができる電子機器を提供することができる。

圧電振動子のインピーダンスは、出力する音波の周波数が高域にシフトすることで増加する。そして、これに伴い、電子機器の消費電力は増大する。一方で、出力する音波の指向性についても、周波数が高域にシフトすることで高くなる。このように、電子機器の消費電力の低減と、音波の指向性の向上は、互いにトレードオフの関係にある。
本実施形態によれば、電子機器２００は、互いに異なる共振周波数を有する発振装置１００を備えている。これにより、広い周波数帯域において、音波の出力が可能となる。このため、発振する周波数を、利用するシーンに合わせた指向性を考慮して変更することができる。従って、電子機器の消費電力と、音波の指向性を、バランスよく実現することが可能となる。

また、本実施形態によれば、電子機器２００は、互いに異なる共振周波数を有する発振装置１００を備えている。このため、高い音圧レベルを有する復調音を、広帯域において再生することが可能となる。

図４は、第２の実施形態に係る電子機器２０２を示す断面図であって、第１の実施形態における図１に対応している。また、図５は、図４に示す電子機器２０２を示す平面図であって、第１の実施形態における図２に対応している。
本実施形態に係る電子機器２０２において、隣接する二つの発振装置１００は、それぞれが有する圧電振動子１０が互いに異なる形状を有することにより、互いに異なる共振周波数を有している。この点を除いて、本実施形態に係る電子機器２０２は、第１の実施形態に係る電子機器２００と同様の構成を有している。

本実施形態においては、図４および図５に示すように、隣接する二つの発振装置１００を、それぞれが有する圧電振動子１０の、振動部材２０の一面と水平な面内における面積が互いに異なるように構成することができる。これにより、隣接する二つの発振装置１００のそれぞれが有する圧電振動子１０は、互いに異なる形状を有することとなる。従って、隣接する二つの発振装置１００は互いに異なる共振周波数を有することとなる。
また、各圧電振動子１０は、同一の材料によって構成することができる。

図６は、図４に示す電子機器２０２の変形例を示す断面図である。本変形例では、図６に示すように、隣接する二つの発振装置１００を、それぞれが有する圧電振動子１０の、振動部材２０の一面と垂直な方向における高さが互いに異なるように構成することができる。これにより、隣接する二つの発振装置１００のそれぞれが有する圧電振動子１０は、互いに異なる形状を有することとなる。従って、隣接する二つの発振装置１００は互いに異なる共振周波数を有することとなる。
なお、この場合には、各圧電振動子１０の、振動部材２０の一面と水平な面内における面積は、互いに同一とすることができる。

本実施形態においても、第１の実施形態と同様、電子機器の低消費電力化を実現することができる。
また、本実施形態においても、電子機器２０２は、互いに異なる共振周波数を有する発振装置１００を備えている。したがって、電子機器の消費電力と、音波の指向性を、バランスよく実現することが可能となる。また、高い音圧レベルを有する復調音を、広帯域において再生することも可能となる。

図７は、第３の実施形態に係る電子機器２０４を示す断面図であって、第１の実施形態における図１に対応している。本実施形態に係る電子機器２０４において、隣接する二つの発振装置１００は、それぞれが有する振動部材２０が互いに異なる膜厚を有することにより、互いに異なる共振周波数を有する。この点を除いて、本実施形態に係る電子機器２０４は、第１の実施形態に係る電子機器２００と同様の構成を有する。

本実施形態において、図７に示すように、各圧電振動子１０は、互いに同一の形状を有するように構成することができる。また、各圧電振動子１０は、互いに同一の材料によって構成することができる。

本実施形態においても、第１の実施形態と同様、電子機器の低消費電力化を実現することができる。
また、本実施形態においても、電子機器２０４は、互いに異なる共振周波数を有する発振装置１００を備えている。したがって、電子機器の消費電力と、音波の指向性を、バランスよく実現することが可能となる。また、高い音圧レベルを有する復調音を、広帯域において再生することも可能となる。

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 圧電振動子
２０ 振動部材
２２ 弾性部材
３０ 支持部材
７０ 圧電体
７２ 上部電極
７４ 下部電極
９０ 制御部
９２ 信号生成部
１００ 発振装置
２００ 電子機器
２０２ 電子機器
２０４ 電子機器

Claims (8)

1. アレイ状に配列された複数の発振装置を備え、
   前記発振装置は、
   圧電振動子と、
   一面において前記圧電振動子を拘束する振動部材と、
   前記振動部材を保持する支持部材と、
   を有しており、
   隣接する二つの前記発振装置は、それぞれが有する前記圧電振動子が互いに異なる材料により構成されることにより、互いに異なる共振周波数を有する電子機器。
2. 請求項１に記載の電子機器において、
   前記隣接する二つの発振装置のうち、一方の前記発振装置が有する前記圧電振動子がＰＺＴにより構成され、他方の前記発振装置が有する前記圧電振動子がＢａＴｉＯ_３により構成されている電子機器。
3. アレイ状に配列された複数の発振装置を備え、
   前記発振装置は、
   圧電振動子と、
   一面において前記圧電振動子を拘束する振動部材と、
   前記振動部材を保持する支持部材と、
   を有しており、
   隣接する二つの前記発振装置は、それぞれが有する前記圧電振動子が互いに異なる形状を有することにより、互いに異なる共振周波数を有する電子機器。
4. 請求項３に記載の電子機器において、
   前記隣接する二つの発振装置は、それぞれが有する前記圧電振動子の、前記振動部材の前記一面と水平な面内における面積が互いに異なる電子機器。
5. 請求項３に記載の電子機器において、
   前記隣接する二つの発振装置は、それぞれが有する前記圧電振動子の、前記振動部材の前記一面と垂直な方向における高さが互いに異なる電子機器。
6. アレイ状に配列された複数の発振装置を備え、
   前記発振装置は、
   圧電振動子と、
   一面において前記圧電振動子を拘束する振動部材と、
   前記振動部材を保持する支持部材と、
   を有しており、
   隣接する二つの前記発振装置は、それぞれが有する前記振動部材が互いに異なる膜厚を有することにより、互いに異なる共振周波数を有する電子機器。
7. 請求項１ないし６いずれか１項に記載の電子機器において、
   前記発振装置は、前記振動部材の前記一面とは反対の他面に設けられた弾性部材を備えており、
   前記支持部材は、前記弾性部材を介して前記振動部材を保持する電子機器。
8. 請求項１ないし７いずれか１項に記載の電子機器において、
   前記複数の発振装置と接続する信号生成部と、
   前記信号生成部による信号の生成を制御することにより、前記複数の発振装置の出力を制御する制御部と、
   を備える電子機器。

Images