JP5454413B2 - Piezoelectric and parametric array speakers - Google Patents

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本発明は、圧電素子を備えた圧電スピーカーおよびパラメトリックアレイスピーカーに関する。   The present invention relates to a piezoelectric speaker and a parametric array speaker including a piezoelectric element.

従来の圧電スピーカーとして、超音波を吸収可能なハウジングを超音波トランスデューサの裏側に備えさせたものが提案されている(特許文献1、図12参照。)。超音波を吸収可能なハウジングを備えさせることにより、超音波トランスデューサの裏側への漏れ音波を低減することができた。   As a conventional piezoelectric speaker, a housing in which a housing capable of absorbing ultrasonic waves is provided on the back side of an ultrasonic transducer has been proposed (see Patent Document 1 and FIG. 12). Leakage sound waves to the back side of the ultrasonic transducer could be reduced by providing a housing capable of absorbing ultrasonic waves.

特開2008−20429号公報JP 2008-20429 A

しかしながら、超音波の一部がハウジングを貫通してしまい、漏れ音波の低減が不十分であるという問題があった。
本発明はこのような問題を解決するために創作されたものであって、漏れ音波を十分に低減する圧電スピーカーおよびパラメトリックアレイスピーカーの提供を目的の1つとする。
However, there is a problem that part of the ultrasonic waves penetrates the housing, and the leakage of sound waves is insufficiently reduced.
The present invention was created to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a piezoelectric speaker and a parametric array speaker that sufficiently reduce leaked sound waves.

(1)上記目的を達成するための圧電スピーカーは、反射層と、前記反射層の表面上に積層され、内包する空隙の密度が前記反射層よりも高い吸収層と、前記吸収層の表面上に積層され、肉厚部と前記肉厚部よりも層間方向の厚みが薄い肉薄部とが面内方向に分布し、前記吸収層と前記肉薄部との間に中空空間を形成する基部と、前記肉薄部と一体となって振動する圧電素子と、を備える。   (1) A piezoelectric speaker for achieving the above object includes a reflection layer, an absorption layer that is laminated on the surface of the reflection layer, and has a higher density of voids included than the reflection layer, and on the surface of the absorption layer. A thick portion and a thin portion whose thickness in the interlayer direction is thinner than the thick portion is distributed in the in-plane direction, and forms a hollow space between the absorbing layer and the thin portion, and And a piezoelectric element that vibrates integrally with the thin portion.

本発明によると、肉薄部の振動によりバックキャビティとしての中空空間に送波された音波は、空隙を内包する吸収層にて吸収される。吸収層を貫通した音波は吸収層よりも空隙の密度が低い反射層の表面にて反射し、再度吸収層にて吸収される。すなわち、肉薄部の振動により中空空間に送波された音波の漏れを十分に低減できる。   According to the present invention, the sound wave transmitted to the hollow space as the back cavity by the vibration of the thin portion is absorbed by the absorption layer that encloses the gap. The sound wave penetrating the absorption layer is reflected on the surface of the reflection layer having a void density lower than that of the absorption layer, and is absorbed again by the absorption layer. That is, leakage of the sound wave transmitted to the hollow space due to the vibration of the thin portion can be sufficiently reduced.

(2)上記目的を達成するための圧電スピーカーは、前記反射層と前記吸収層と前記基部とがジルコニアによって形成される。
かかる構成により、反射層と吸収層と基部とを一度の焼成により形成することができる。また、反射層と吸収層と基部の熱膨張係数が互いに一致するとともに、反射層と吸収層と基部の熱膨張係数が圧電素子を構成する圧電材料の熱膨張係数と近似するため、反りを防止できる。さらに、ジルコニアは曲げ弾性係数が大きいため肉薄部の振動周波数を高くできるとともに、曲げ強さも大きいため肉薄部の大きい振幅が得られる。ジルコニアは高温下でも安定した物質であるため、反射層と吸収層と基部とが圧電素子を構成する材料と反応することなく、圧電素子を工程が簡素な印刷・焼成によって形成できる。
(2) In the piezoelectric speaker for achieving the above object, the reflection layer, the absorption layer, and the base are formed of zirconia.
With this configuration, the reflective layer, the absorption layer, and the base can be formed by a single firing. In addition, the thermal expansion coefficients of the reflective layer, absorption layer, and base are the same, and the thermal expansion coefficients of the reflective layer, absorption layer, and base are close to the thermal expansion coefficients of the piezoelectric materials that make up the piezoelectric element, thus preventing warpage it can. Furthermore, since zirconia has a large flexural modulus, the vibration frequency of the thin portion can be increased, and since the bending strength is also large, a large amplitude of the thin portion can be obtained. Since zirconia is a stable substance even at high temperatures, the piezoelectric element can be formed by printing / firing with a simple process without the reflective layer, the absorbing layer, and the base portion reacting with the material constituting the piezoelectric element.

(3)前記の圧電スピーカーを複数配列させたパラメトリックアレイスピーカーにおいても、音波の漏れを十分に低減できる。   (3) Sound leakage of sound waves can be sufficiently reduced even in a parametric array speaker in which a plurality of the piezoelectric speakers are arranged.

(1A)は第1実施形態の圧電スピーカーの構造模式図、(1B)は第1実施形態の圧電スピーカーの断面図である。(1A) is a structural schematic diagram of the piezoelectric speaker of the first embodiment, and (1B) is a sectional view of the piezoelectric speaker of the first embodiment. (2A)〜(2D)は第1実施形態の圧電スピーカーの断面図である。(2A) to (2D) are cross-sectional views of the piezoelectric speaker of the first embodiment.

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら説明する。なお、各図において対応する構成要素には同一の符号が付され、重複する説明は省略される。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the corresponding component in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

(1)パラメトリックアレイスピーカーの構成:
図1A,1Bはパラメトリックアレイスピーカー10の構成を示す構造模式図および断面図である。パラメトリックアレイスピーカー10は半導体製造プロセスや印刷プロセスを用いて製造されるMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)であって、図示しないケースに収容され、小型電子機器などの超指向性スピーカーとして用いられる。
なお、本明細書において、基部13から見た場合に圧電素子14が積層される側を上側と表記し、上側の反対側を下側と表記する。また、特に示さない限り、厚みと表記した場合には、層間方向の厚みを意味する。
(1) Configuration of parametric array speaker:
1A and 1B are a structural schematic diagram and a cross-sectional view showing a configuration of the parametric array speaker 10. FIG. The parametric array speaker 10 is a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) manufactured by using a semiconductor manufacturing process or a printing process, and is housed in a case (not shown) and used as a super-directional speaker for a small electronic device or the like.
In addition, in this specification, when it sees from the base 13, the side by which the piezoelectric element 14 is laminated | stacked is described as an upper side, and the opposite side of an upper side is described as a lower side. Further, unless otherwise indicated, the expression “thickness” means the thickness in the interlayer direction.

パラメトリックアレイスピーカー10は、反射層11と吸収層12と基部13と圧電素子14とを備える。反射層11は面内方向の全域にわたって厚みが一様であり、パラメトリックアレイスピーカー10の最下層を構成する。反射層11はジルコニア(ZrO2)で形成される。例えば、反射層11の厚みは100μmとされる。 The parametric array speaker 10 includes a reflection layer 11, an absorption layer 12, a base portion 13, and a piezoelectric element 14. The reflective layer 11 has a uniform thickness over the entire area in the in-plane direction, and constitutes the lowermost layer of the parametric array speaker 10. The reflective layer 11 is made of zirconia (ZrO 2 ). For example, the thickness of the reflective layer 11 is 100 μm.

吸収層12は面内方向の全域にわたって厚みが一様であり、反射層11の上側の表面上に形成される。吸収層12はジルコニアで形成され、多数の微細な空隙を内包する。吸収層12が内包する空隙の密度は反射層11よりも高く、空隙の密度を表す体積率は20〜80%とされる。例えば、吸収層12の厚みは100μmとされ、吸収層12が内包する空隙の平均径は50μmとされる。   The absorption layer 12 has a uniform thickness over the entire region in the in-plane direction, and is formed on the upper surface of the reflection layer 11. The absorption layer 12 is formed of zirconia and includes a large number of fine voids. The density of the voids included in the absorption layer 12 is higher than that of the reflective layer 11, and the volume ratio representing the density of the voids is 20 to 80%. For example, the thickness of the absorption layer 12 is 100 μm, and the average diameter of the voids included in the absorption layer 12 is 50 μm.

基部13は、吸収層12の上側の表面上に形成される。基部13はジルコニアで形成される。平面視(面内方向)において、基部13は、例えば5個の円形状の肉薄部13aと、肉薄部13aを除く領域を構成する肉厚部13bとからなる。肉薄部13aは肉厚部13bよりも厚みが薄い。肉薄部13aは、基部13において下側の面から上側に向かって凹む円柱状の凹部Dを設けることにより形成される。肉薄部13aは、肉厚部13bよりも厚みが薄いため、肉厚部13bよりも剛性が低く、選択的に振動させられる。肉薄部13aを構成するジルコニアはシリコン(Si)等と比較して大きい曲げ弾性係数(210GPa)を有しており、肉薄部13aを高い周波数で振動させることができ、肉薄部13aから超音波を出力できる。また、ジルコニアはセラミックのなかでも曲げ強さが大きい(1120MPa)ため肉薄部13aの大きい振幅が得られ、音圧を大きくできる。
なお、凹部Dは肉薄部13aと吸収層12との間に形成される中空空間に相当する。例えば、平面視における肉薄部13aの径は1000μmとされ、肉薄部13aの厚みは15μmとされ、肉厚部13bの厚みは200μmとされる。
The base 13 is formed on the upper surface of the absorption layer 12. The base 13 is made of zirconia. In a plan view (in-plane direction), the base portion 13 includes, for example, five circular thin portions 13a and a thick portion 13b that constitutes a region excluding the thin portions 13a. The thin part 13a is thinner than the thick part 13b. The thin portion 13a is formed by providing a cylindrical recess D that is recessed from the lower surface toward the upper side in the base portion 13. Since the thin part 13a is thinner than the thick part 13b, the thin part 13a is less rigid than the thick part 13b and is selectively vibrated. The zirconia constituting the thin portion 13a has a larger flexural modulus (210 GPa) than silicon (Si) and the like, and can vibrate the thin portion 13a at a high frequency. Can output. Moreover, since zirconia has a large bending strength (1120 MPa) among ceramics, a large amplitude of the thin portion 13a can be obtained, and the sound pressure can be increased.
The recess D corresponds to a hollow space formed between the thin portion 13a and the absorption layer 12. For example, the diameter of the thin portion 13a in plan view is 1000 μm, the thickness of the thin portion 13a is 15 μm, and the thickness of the thick portion 13b is 200 μm.

圧電素子14は下電極14aと圧電層14bと上電極14cとを備える。下電極14aは基部13の上側の表面の全域上に形成される。下電極14aは、金(Au)や白金(Pt)によって形成される。例えば、下電極14aの厚みは1μmとされる。
圧電層14bは下電極14aの表面上に形成される。圧電層14bは一様な厚みを有しており、圧電層14bには平面視において5個の円形開口14b1と1個の正方形開口14b2とが形成される。各円形開口14b1は、平面視において基部13の各肉薄部13aの同心円とされ、各肉薄部13aよりも開口径が小さくされる。すなわち、平面視において圧電層14bの円形開口14b1の外側所定幅の円環状領域にて、肉薄部13aと圧電層14bとが層間方向に重なる。
上電極14cは圧電層14bの表面上に形成される。上電極14cは平面視において圧電層14bと同じパターンとされ、上電極14cにも5個の円形開口14c1と1個の正方形開口14c2とが形成される。圧電層14bの正方形開口14b2と上電極14cの正方形開口14c2とが層間方向に重なることにより下電極14aが上側に露出し、下電極14aに対する図示しない導線の接続が可能となる。
The piezoelectric element 14 includes a lower electrode 14a, a piezoelectric layer 14b, and an upper electrode 14c. The lower electrode 14 a is formed on the entire upper surface of the base portion 13. The lower electrode 14a is formed of gold (Au) or platinum (Pt). For example, the thickness of the lower electrode 14a is 1 μm.
The piezoelectric layer 14b is formed on the surface of the lower electrode 14a. The piezoelectric layer 14b has a uniform thickness, and five circular openings 14b1 and one square opening 14b2 are formed in the piezoelectric layer 14b in plan view. Each circular opening 14b1 is a concentric circle of each thin portion 13a of the base 13 in plan view, and has an opening diameter smaller than each thin portion 13a. That is, the thin portion 13a and the piezoelectric layer 14b overlap in the interlayer direction in an annular region having a predetermined width outside the circular opening 14b1 of the piezoelectric layer 14b in plan view.
The upper electrode 14c is formed on the surface of the piezoelectric layer 14b. The upper electrode 14c has the same pattern as the piezoelectric layer 14b in plan view, and the upper electrode 14c is also formed with five circular openings 14c1 and one square opening 14c2. When the square opening 14b2 of the piezoelectric layer 14b and the square opening 14c2 of the upper electrode 14c overlap in the interlayer direction, the lower electrode 14a is exposed to the upper side, and a conductor (not shown) can be connected to the lower electrode 14a.

このように構成されたパラメトリックスピーカー1は次のように作動する。図示しない導線を介して圧電素子14の上電極14cと下電極14aに超音波域の搬送波を可聴域の音声波によって振幅変調した変調波の駆動電圧を印加すると、圧電素子14の圧電層14bにて面内方向の伸縮・膨脹応力が生じる。圧電層14bにおける円形開口14b1の外側所定幅の円環状領域にて生じた伸縮・膨脹応力は、この円環状領域と層間方向に重なる各肉薄部13aに伝達され各肉薄部13aを振動させる。なお、圧電素子14の下電極14aと上電極14cとはそれぞれ電気的に一体であるため、各肉薄部13aは同相で振動する。振動する肉薄部13aから前記変調波の超音波が上側に送波され、超音波の強い指向性により肉薄部13aの上側垂線近傍の狭い範囲においてパラメトリックアレイ効果によって可聴音が発生する。パラメトリックアレイ効果とは、音波の非線形性に起因して、自己復調によってもとの音声波に相当する可聴音の空中音源が肉薄部13aの上側垂線近傍の直線的な領域に連続的に発生する現象である。このようなパラメトリックアレイ効果によって、出力音声の可聴空間の指向性が極めて強いパラメトリックスピーカー1が実現できる。さらに、肉薄部13aを曲げ強さが大きいジルコニアによって形成することにより、小型のパラメトリックスピーカー1であっても実用的な音圧が得られる。   The parametric speaker 1 configured as described above operates as follows. When a drive voltage of a modulated wave obtained by amplitude-modulating an ultrasonic wave carrier wave with an audible sound wave is applied to the upper electrode 14c and the lower electrode 14a of the piezoelectric element 14 via a lead wire (not shown), the piezoelectric layer 14b of the piezoelectric element 14 is applied. As a result, in-plane expansion / contraction and expansion stress occurs. The expansion / contraction / expansion stress generated in the annular region having a predetermined width outside the circular opening 14b1 in the piezoelectric layer 14b is transmitted to each thin portion 13a overlapping the annular region in the interlayer direction, and vibrates each thin portion 13a. Since the lower electrode 14a and the upper electrode 14c of the piezoelectric element 14 are electrically integrated with each other, the thin portions 13a vibrate in the same phase. The ultrasonic wave of the modulated wave is transmitted upward from the vibrating thin part 13a, and an audible sound is generated by the parametric array effect in a narrow range near the upper perpendicular of the thin part 13a due to the strong directivity of the ultrasonic wave. The parametric array effect is due to non-linearity of sound waves, and an audible aerial sound source corresponding to the original sound wave is continuously generated in a linear region near the upper perpendicular of the thin portion 13a by self-demodulation. It is a phenomenon. By such a parametric array effect, the parametric speaker 1 with extremely strong directivity of the audible space of the output sound can be realized. Further, by forming the thin portion 13a with zirconia having a large bending strength, a practical sound pressure can be obtained even with the small parametric speaker 1.

肉薄部13aの振動により超音波は肉薄部13aの下側へも送波される。肉薄部13aの下側へ送波された超音波は多数の空隙を内包する吸収層12に到達し、吸収層12において吸音される。超音波の一部は吸収層12を貫通するが、吸収層12と反射層11との接合界面にて上側へ反射する。上側へ反射した超音波は再度吸収層12にて吸収されることとなり、漏れ音波を十分に低減できる。   The ultrasonic waves are also transmitted to the lower side of the thin portion 13a by the vibration of the thin portion 13a. The ultrasonic wave transmitted to the lower side of the thin portion 13 a reaches the absorption layer 12 including a large number of voids and is absorbed by the absorption layer 12. A part of the ultrasonic waves penetrates the absorption layer 12, but is reflected upward at the bonding interface between the absorption layer 12 and the reflection layer 11. The ultrasonic waves reflected upward are again absorbed by the absorption layer 12, and leakage sound waves can be sufficiently reduced.

また、反射層11と吸収層12と基部13とは、同一材料(ジルコニア)で形成されるため、反射層11と吸収層12と基部13の熱膨張係数が互いに一致する。また、ジルコニアで形成された反射層11と吸収層12と基部13の熱膨張係数は、ジルコニウム酸−チタン酸鉛で形成された圧電層14bの熱膨張係数と近似するため、パラメトリックアレイスピーカー10の反りを防止できる。従って、パラメトリックアレイスピーカー10は、指向性が安定し、かつ、エネルギー損失の少ない音声出力が可能である。   Moreover, since the reflection layer 11, the absorption layer 12, and the base 13 are formed of the same material (zirconia), the thermal expansion coefficients of the reflection layer 11, the absorption layer 12, and the base 13 coincide with each other. Further, since the thermal expansion coefficients of the reflective layer 11, the absorption layer 12, and the base portion 13 formed of zirconia approximate the thermal expansion coefficient of the piezoelectric layer 14b formed of zirconate-lead titanate, the parametric array speaker 10 Warpage can be prevented. Therefore, the parametric array speaker 10 can output sound with stable directivity and less energy loss.

(2)パラメトリックアレイスピーカーの製造方法:
図2A〜2Eは、パラメトリックアレイスピーカー10の製造手順を示す断面図である。
まず、図2Aに示すように、反射層11と吸収層12と基部13とに対応するグリーンシートG11〜G13を用意する。グリーンシートG11〜G13は、ジルコニアと焼結助剤の粉末と有機バインダーと溶剤とを混錬し、シート状に成形したものである。ここで、吸収層12に対応するグリーンシートG12は、反射層11と基部13とに対応するグリーンシートG12,G13よりも有機バインダーの混錬比率が高くなっている。有機バインダーはグリーンシートG11〜G13の焼成時に熱分解し、有機バインダーが占めていた空間が空隙となる。従って、グリーンシートG12を焼成することにより形成される吸収層12が内包する空隙の密度を、グリーンシートG11,G13を焼成して形成される反射層11と基部13が内包する空隙の密度よりも高くすることができる。
(2) Parametric array speaker manufacturing method:
2A to 2E are cross-sectional views showing the manufacturing procedure of the parametric array speaker 10. FIG.
First, as shown in FIG. 2A, green sheets G11 to G13 corresponding to the reflective layer 11, the absorbing layer 12, and the base 13 are prepared. The green sheets G11 to G13 are formed by kneading zirconia, a sintering aid powder, an organic binder, and a solvent into a sheet shape. Here, the green sheet G12 corresponding to the absorbing layer 12 has a higher kneading ratio of the organic binder than the green sheets G12 and G13 corresponding to the reflective layer 11 and the base portion 13. The organic binder is thermally decomposed when the green sheets G11 to G13 are fired, and the space occupied by the organic binder becomes a void. Therefore, the density of the voids included in the absorption layer 12 formed by firing the green sheet G12 is higher than the density of the voids included in the reflective layer 11 and the base 13 formed by firing the green sheets G11 and G13. Can be high.

基部13に対応するグリーンシートG13は、3枚のグリーンシートG13a〜G13cによって構成される。最も上側のグリーンシートG13aは肉薄部13aに対応する厚みとされる。すなわち、肉薄部13aの厚みはグリーンシートG13aの厚みによって管理することができるため、肉薄部13aの厚み精度を高くすることができる。従って、各肉薄部13aの振動特性を一致させることができ、各肉薄部13aから発せられた超音波のパラメトリックアレイ効果を一様に得ることができる。
下側の2枚のグリーンシートG13b,G13cのうち平面視において肉薄部13aに対応する領域は、パンチング等の機械穴明やレーザー穴明等によって穴明される。各グリーンシートG11〜G13が用意できると、図2Bに示すようにグリーンシートG11〜G13を重ね合わせて層間方向に150MPaで加圧しつつ、例えば1000〜1300℃で焼成する。これにより、反射層11と吸収層12と基部13とを一度の焼成により形成することができる。
The green sheet G13 corresponding to the base 13 is constituted by three green sheets G13a to G13c. The uppermost green sheet G13a has a thickness corresponding to the thin portion 13a. That is, since the thickness of the thin part 13a can be managed by the thickness of the green sheet G13a, the thickness accuracy of the thin part 13a can be increased. Accordingly, the vibration characteristics of the thin portions 13a can be matched, and the parametric array effect of the ultrasonic waves emitted from the thin portions 13a can be obtained uniformly.
Of the two lower green sheets G13b and G13c, a region corresponding to the thin portion 13a in plan view is drilled by mechanical drilling such as punching or laser drilling. When each of the green sheets G11 to G13 is prepared, as shown in FIG. 2B, the green sheets G11 to G13 are stacked and fired at 1000 to 1300 ° C., for example, while pressing at 150 MPa in the interlayer direction. Thereby, the reflective layer 11, the absorption layer 12, and the base part 13 can be formed by one baking.

次に、図2Cに示すように基部13の上側の表面の全域上に金または白金の電極金属粉末を含むペーストを均一な厚みで印刷して焼成することにより、下電極14aを形成する。下電極14aの焼成温度は、例えば900〜1300℃とする。
次に、図2Dに示すように下電極14aの表面上にジルコニウム酸−チタン酸鉛粉末を含むペーストを均一な厚みで印刷して焼成することにより、圧電層14bを形成する。圧電層14bの焼成温度は、例えば900〜1300℃とする。
最後に図1Bに示すように圧電層14bの表面上に金または白金の電極金属粉末を含むペーストを均一な厚みで印刷して焼成することにより、上電極14cを形成する。上電極14cの焼成温度は、例えば900〜1300℃とする。なお、下電極14aと圧電層14bと上電極14cの面内方向の各パターンに対応する開口を有する印刷マスクを用いたスクリーン印刷を行うことにより、各層14a〜14cに対応するペーストを印刷することができる。
Next, as shown in FIG. 2C, the lower electrode 14a is formed by printing and baking a paste containing an electrode metal powder of gold or platinum over the entire area of the upper surface of the base 13 with a uniform thickness. The firing temperature of the lower electrode 14a is, for example, 900 to 1300 ° C.
Next, as shown in FIG. 2D, a paste containing zirconate-lead titanate powder is printed on the surface of the lower electrode 14a with a uniform thickness and fired to form the piezoelectric layer 14b. The firing temperature of the piezoelectric layer 14b is, for example, 900 to 1300 ° C.
Finally, as shown in FIG. 1B, the upper electrode 14c is formed by printing and baking a paste containing gold or platinum electrode metal powder on the surface of the piezoelectric layer 14b with a uniform thickness. The firing temperature of the upper electrode 14c is, for example, 900-1300 ° C. In addition, the paste corresponding to each layer 14a-14c is printed by performing screen printing using the printing mask which has the opening corresponding to each pattern of the in-plane direction of the lower electrode 14a, the piezoelectric layer 14b, and the upper electrode 14c. Can do.

以上のように反射層11と吸収層12と基部13をジルコニアで形成することにより、印刷・焼成により圧電素子14を形成することができる。すなわち、反射層11と吸収層12と基部13とをジルコニアで形成しておけば、これらが圧電層14bの焼成時に気化した鉛と反応することはない。印刷・焼成により圧電素子14を形成すれば、煩雑なフォトリソグラフィ等を行わなくも済む。さらに、反射層11と吸収層12と基部13を同一材料のジルコニアで形成することにより、各層11〜13の熱膨張係数が一致し、圧電素子14の焼成時における反りを防止できる。従って、焼成後における圧電素子14の残留応力を緩和することができる。さらに、ジルコニアは、圧電層14bを構成するジルコニウム酸−チタン酸鉛と近い熱膨張係数を有するため、圧電層14b形成後の熱処理工程における反りも防止できる。   As described above, by forming the reflection layer 11, the absorption layer 12, and the base portion 13 with zirconia, the piezoelectric element 14 can be formed by printing and baking. That is, if the reflective layer 11, the absorption layer 12, and the base portion 13 are formed of zirconia, they will not react with lead vaporized during the firing of the piezoelectric layer 14b. If the piezoelectric element 14 is formed by printing and baking, it is not necessary to perform complicated photolithography. Furthermore, by forming the reflective layer 11, the absorption layer 12, and the base portion 13 with the same material zirconia, the thermal expansion coefficients of the respective layers 11 to 13 coincide with each other, and warpage during firing of the piezoelectric element 14 can be prevented. Therefore, the residual stress of the piezoelectric element 14 after firing can be relaxed. Furthermore, since zirconia has a thermal expansion coefficient close to that of zirconate-lead titanate constituting the piezoelectric layer 14b, warpage in the heat treatment step after the formation of the piezoelectric layer 14b can be prevented.

(3)他の実施形態:
本発明の技術的範囲は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば前記実施形態で示した材質や寸法や形状や成膜方法やパターン転写方法はあくまで例示であるし、当業者であれば自明である工程の追加や削除や工程順序の入れ替えの可能性については説明が省略されている。
(3) Other embodiments:
The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, the materials, dimensions, shapes, film forming methods, and pattern transfer methods shown in the above embodiments are merely examples, and it is obvious to those skilled in the art about the possibility of adding or deleting processes or changing the order of processes. Explanation is omitted.

パラメトリックアレイスピーカーの別の一例として、可聴域の音声波に相当する周波数差を有する2つの超音波を肉薄部13aから送波させ、2つの超音波の間に生じるうなり現象により可聴域の音声波を復調する方式のパラメトリックアレイスピーカーに本発明の構成を適用してもよい。この場合、独立して駆動電圧が入力可能な2つの圧電素子14によって2個以上の肉薄部13aを互いに異なる周波数で振動させる必要がある。また、本発明の構成は、パラメトリックアレイスピーカー以外の圧電スピーカーにも適用できる。すなわち、振動可能な肉薄部13aを1個以上備えた圧電スピーカーに本発明の構成を適用することにより、漏れ音波を十分に低減した圧電スピーカーが提供できる。すなわち、反射層11と吸収層12とで漏れを低減できる音波は超音波に限らず、可聴音を直接送波する圧電スピーカーにおいても本発明の効果が得られる。   As another example of a parametric array speaker, two ultrasonic waves having a frequency difference corresponding to an audio wave in the audible range are transmitted from the thin portion 13a, and an audio wave in the audible range is generated by a beat phenomenon generated between the two ultrasonic waves. The configuration of the present invention may be applied to a parametric array speaker that demodulates the signal. In this case, it is necessary to vibrate two or more thin portions 13a at different frequencies by the two piezoelectric elements 14 to which drive voltages can be input independently. The configuration of the present invention can also be applied to piezoelectric speakers other than parametric array speakers. That is, by applying the configuration of the present invention to a piezoelectric speaker provided with one or more thin portions 13a that can vibrate, a piezoelectric speaker with sufficiently reduced leakage sound waves can be provided. That is, the sound wave that can reduce the leakage between the reflection layer 11 and the absorption layer 12 is not limited to the ultrasonic wave, and the effect of the present invention can be obtained in a piezoelectric speaker that directly transmits an audible sound.

また、反射層11と吸収層12と基部13のいずれかまたは全部をジルコニア以外のセラミックによって形成してもよい。例えば、反射層11と吸収層12と基部13のいずれかまたは全部を、アルミナ(Al23),ムライト(3Al23・2SiO2),窒化アルミ(AlN),窒化珪素(Si34),ジルコニア強靭化アルミナ(Al23・ZrO2),ガラスセラミック等によって形成してもよい。例えば、これらのセラミック粉末を混練して形成したグリーンシートを用いて前記実施形態と同様の工程により圧電スピーカーを製造できる。さらに、反射層11よりも吸収層12に存在する空隙の密度を高くすることが可能な材料であればよく、反射層11と吸収層12と基部13のいずれかまたは全部をセラミック以外の有機材料や金属材料や半導体材料等によって形成してもよい。 Moreover, you may form any one or all of the reflective layer 11, the absorption layer 12, and the base 13 with ceramics other than a zirconia. For example, any or all of the reflective layer 11, the absorption layer 12, and the base 13 are made of alumina (Al 2 O 3 ), mullite (3Al 2 O 3 .2SiO 2 ), aluminum nitride (AlN), silicon nitride (Si 3 N 4 ) It may be formed of zirconia toughened alumina (Al 2 O 3 .ZrO 2 ), glass ceramic or the like. For example, a piezoelectric speaker can be manufactured by a process similar to that of the above embodiment using a green sheet formed by kneading these ceramic powders. Furthermore, any material can be used as long as the density of voids existing in the absorption layer 12 can be made higher than that of the reflection layer 11. Alternatively, it may be formed of a metal material or a semiconductor material.

圧電素子14を印刷・焼成以外の工法、例えばフォトリソグラフィによって形成してもよい。また、上電極14cと圧電層14bと下電極14aの焼成を一度に行ってもよいし、さらに上電極14cと圧電層14bと下電極14aの焼成を反射層11と吸収層12と基部13の焼成と同時に行ってもよい。また、前記実施形態では、肉薄部13aの外周近傍にて圧電素子14と肉薄部13aとが層間方向に重なるようにしたが、例えば肉薄部13aの中央部にて圧電素子14と肉薄部13aとが層間方向に重なるようにしても、肉薄部13aを振動させることができる。肉薄部13aの形状は円形に限らず、矩形等であってもよい。さらに、肉薄部13aは肉厚部13bよりも厚みが薄ければよく、基部13が2段階以上の厚みを有していてもよいし、基部13が連続的な厚みの変化を有していてもよい。また、肉薄部13aごとに独立した中空空間を形成するものに限られず、複数の肉薄部13aに共通の中空空間を形成し、共通の中空空間に送波された音波が漏れるのを反射層11と吸収層12とで防止してもよい。   The piezoelectric element 14 may be formed by a method other than printing / firing, such as photolithography. Further, the upper electrode 14c, the piezoelectric layer 14b, and the lower electrode 14a may be fired at once, and further, the upper electrode 14c, the piezoelectric layer 14b, and the lower electrode 14a are fired on the reflective layer 11, the absorbing layer 12, and the base 13. You may carry out simultaneously with baking. Moreover, in the said embodiment, although the piezoelectric element 14 and the thin part 13a overlapped in the interlayer direction in the vicinity of the outer periphery of the thin part 13a, for example, the piezoelectric element 14 and the thin part 13a in the center part of the thin part 13a. Even if they overlap in the interlayer direction, the thin portion 13a can be vibrated. The shape of the thin portion 13a is not limited to a circle but may be a rectangle or the like. Further, the thin portion 13a only needs to be thinner than the thick portion 13b, the base portion 13 may have two or more thicknesses, or the base portion 13 has a continuous thickness change. Also good. The reflective layer 11 is not limited to the one that forms an independent hollow space for each thin portion 13a, but a common hollow space is formed in the plurality of thin portions 13a, and the sound waves transmitted to the common hollow space leak. And the absorption layer 12 may prevent this.

10…パラメトリックアレイスピーカー,11…反射層,12…吸収層,13…基部,13a…肉薄部,13b…肉厚部,14…圧電素子,14a…下電極,14b…圧電層,14b1…円形開口,14b2…正方形開口,14c…上電極,14c1…円形開口,14c2…正方形開口,G11〜G13…グリーンシート。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Parametric array speaker, 11 ... Reflection layer, 12 ... Absorption layer, 13 ... Base part, 13a ... Thin part, 13b ... Thick part, 14 ... Piezoelectric element, 14a ... Lower electrode, 14b ... Piezoelectric layer, 14b1 ... Circular opening , 14b2 ... square opening, 14c ... upper electrode, 14c1 ... circular opening, 14c2 ... square opening, G11-G13 ... green sheet.

Claims (3)

反射層と、
前記反射層の表面上に積層され、内包する空隙の密度が前記反射層よりも高い吸収層と、
前記吸収層の表面上に積層され、肉厚部と前記肉厚部よりも層間方向の厚みが薄い肉薄部とが面内方向に分布し、前記吸収層と前記肉薄部との間に中空空間を形成する基部と、
前記肉薄部と一体となって振動する圧電素子と、
を備える、
圧電スピーカー。
A reflective layer;
An absorption layer laminated on the surface of the reflective layer and having a higher density of voids included than the reflective layer;
Laminated on the surface of the absorbent layer, a thick portion and a thin portion whose thickness in the interlayer direction is thinner than the thick portion is distributed in an in-plane direction, and a hollow space is formed between the absorbent layer and the thin portion. A base forming
A piezoelectric element that vibrates integrally with the thin portion;
Comprising
Piezoelectric speaker.
前記反射層と前記吸収層と前記基部とがジルコニアによって形成される、
請求項1に記載の圧電スピーカー。
The reflective layer, the absorbing layer, and the base are formed of zirconia.
The piezoelectric speaker according to claim 1.
請求項1または請求項2のいずれかに記載の圧電スピーカーが複数面内方向に配列する、
パラメトリックアレイスピーカー。
The piezoelectric speakers according to claim 1 or 2 are arranged in a plurality of in-plane directions.
Parametric array speaker.
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