JP5527083B2 - 発振装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧電振動子を備えた発振装置に関する。

近年、携帯電話機やラップトップ型コンピュータなどの携帯端末の需要が拡大している。携帯端末では、テレビ電話や動画再生、ハンズフリー電話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。このような開発の中、音響部品である電気音響変換器（スピーカ装置）に対して、高音質でかつ小型・薄型化へ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きた。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、その動作原理および構造から、薄型化には限界がある。一方、特許文献１、２には、圧電振動子を電気音響変換器として使用することが記載されている。

また、圧電振動子を用いた発振装置の他の例としては、スピーカ装置のほか、圧電振動子から発振された音波を用いて対象物までの距離などを検出する音波センサ（特許文献３を参照）など、種々が知られている。

再表２００７−０２６７３６号公報 再表２００７−０８３４９７号公報 特開平３−２７０２８２号公報

圧電振動子を用いた発振装置は、圧電材料の圧電効果を利用して、電気信号の入力による電歪作用により、振動振幅を発生させるものである。そして、動電型電気音響変換器がピストン型の進退運動によって振動を発生させるのに対して、圧電振動子を用いた発振装置は屈曲型の振動姿態をとるために振幅が小さくなる。このため、上記した動電型の電気音響変換器に対して薄型化に優位である。

しかしながら、発振装置の物理指標の一つである音圧レベルは、振動子による空気の体積排除量によって決定される。このため、圧電振動子を用いた発振装置の場合は、動電型電気音響変換器と比較して振幅および体積排除量が小さくなりやすく、小型化を図った場合には出力の音圧レベルを十分に得ることが困難であった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、出力の音圧レベルの増大と装置の小型化をともに実現する発振装置を提供することにある。

本発明の発振装置は、厚さ方向に分極された圧電体と振動部材とが積層され電界の印加により面直方向に揺動して超音波をそれぞれ発振する第一および第二の圧電振動子を備え、前記第二の圧電振動子が、前記第一の圧電振動子の発振方向の前方に配置されているとともに、前記第一の圧電振動子が発振した前記超音波を通過させる開口部を備えていることを特徴とする。

なお、本発明の各種の構成要素は、個々に独立した存在である必要はなく、複数の構成要素が一個の部材として形成されていること、一つの構成要素が複数の部材で形成されていること、ある構成要素が他の構成要素の一部であること、ある構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複していること、等を許容する。

本発明によれば、圧電振動子を用いた発振装置において、出力の音圧レベルの増大と装置の小型化がともに実現される。

（ａ）は本発明の第一実施形態にかかる発振装置の平面図であり、（ｂ）はそのＢ−Ｂ線断面図である。 発振装置の一部切欠斜視図である。 発振装置が搭載された携帯端末の平面図である。 （ａ）から（ｃ）は、往復揺動する圧電振動子を説明する正面図である。 第一変形例の圧電振動子を示す正面図である。 第二変形例の圧電振動子の分解斜視図である。 第三変形例の圧電振動子を示す正面図である。 本発明の第二実施形態にかかる発振装置の内部構造を示す一部切欠斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。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。
なお、本実施の形態では図示するように前後左右上下の方向を規定して説明する。しかし、これは構成要素の相対関係を簡単に説明するために便宜的に規定するものであり、本発明を実施する製品の製造時や使用時の方向を限定するものではない。

＜第一実施形態＞
図１（ａ）は本実施形態にかかる発振装置１００の平面図であり、同図（ｂ）はそのＢ−Ｂ線断面図である。図２は発振装置１００の一部切欠斜視図であり、同図の手前側の一部と制御部５０（図１（ａ）を参照）は図示を省略している。

はじめに、本実施形態の概要について説明する。
本実施形態の発振装置１００は、厚さ方向に分極された圧電体１２、２２と振動部材１３、２３とが積層され電界の印加により面直方向に揺動して超音波をそれぞれ発振する第一圧電振動子１０および第二圧電振動子２０を備えている。そして、第二圧電振動子２０は、第一圧電振動子１０の発振方向の前方に配置されているとともに、第一圧電振動子１０が発振した超音波を通過させる開口部２４を備えている。

発振装置１００は、例えばスピーカ装置や音波センサの発振源として使用される。
スピーカ装置としては、圧電振動子の高い発振周波数を利用したパラメトリックスピーカとすることができる。すなわち発振装置１００は、圧電振動子（第一圧電振動子１０、第二圧電振動子２０）が可聴波の超音波変調波を発振するスピーカ装置であってもよい。

また、発振装置１００は、圧電振動子（第一圧電振動子１０、第二圧電振動子２０）から発振されて測定対象物で反射した超音波を検知して、圧電振動子と測定対象物との距離を算出する測距部（図示せず）をさらに備えるソナー装置（音波センサ）であってもよい。測距部は、検知した超音波の減衰の度合いを測定することで、発振されてから検知されるまでの超音波の経路長を求めることができる。したがって、かかる経路長の半分をもって、発振装置１００から測定対象物までの距離を知得することができる。

以下、本実施形態では、発振装置１００をスピーカ装置とする場合を例に説明する。発振装置１００は、例えば携帯電話機、ラップトップ型パーソナルコンピュータ、小型ゲーム機器などの電子機器の音源として使用することができる。

本実施形態の発振装置１００について詳細に説明する。
発振装置１００は、多段に配置されて超音波をそれぞれ発振する複数の圧電振動子を備えている。圧電振動子の段数は特に限定されない。本実施形態では、三段の圧電振動子（以下、第一圧電振動子１０、第二圧電振動子２０および第三圧電振動子３０を圧電振動子と総称する場合がある）を備えている。なお、四段以上の圧電振動子を多段に配置してもよい。

軸方向ＡＸに沿って第二圧電振動子２０の発振方向のさらに前方に、第三圧電振動子３０が配置されている。第三圧電振動子３０は、第二圧電振動子２０が発振した超音波を通過させる開口部３４を備えている。

ここで、圧電振動子が多段に配置されているとは、図示のように各段の圧電振動子の面直方向（軸方向ＡＸ）が互いに一致している場合のほか、各段の圧電振動子の軸方向ＡＸが互いに交差する場合を含む。なお、各段に関しては、さらに複数の圧電振動子を平面方向に配置してもよい。

本実施形態の圧電振動子は、制御部５０により所定の周波数の交番電界が印加されて逆圧電効果により変形する圧電体１２、２２、３２と、圧電体１２、２２、３２をそれぞれ支持してこれらを往復揺動させる振動部材１３、２３、３３とを含む。圧電体１２、２２、３２および振動部材１３、２３、３３が音響放射面にあたる。

制御部５０は、配線５２およびリード線５４、５５を通じて圧電体１２、２２、３２にそれぞれ高周波電圧を印加する。
圧電体１２、２２、３２の表裏両側の主面には、上部電極層５６と下部電極層５７がそれぞれ形成されている。リード線５４、５５は、上部電極層５６、下部電極層５７に対して個別に接続されている。これにより、制御部５０から供給された高周波電圧が、圧電体１２、２２、３２の厚さ方向の両側に対して個別に印加される。なお、振動部材１３、２３、３３に金属などの導電性材料を用いた場合、下部電極層５７を振動部材１３、２３、３３で兼用してもよい。

圧電体１２、２２、３２の片側（図１（ｂ）における下方）の主面は振動部材１３、２３、３３にそれぞれ拘束されている。

圧電体２２は厚さ方向に分極している。圧電体２２を構成する材料は、圧電効果を有する材料であれば、無機材料または有機材料のいずれであってもよい。ただし、電気機械変換効率が高い材料、例えばジルコン酸チタン酸塩（ＰＺＴ）やチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）などの圧電セラミックスが好ましい。圧電体２２の厚さは、例えば１０μｍ以上５００μｍ以下が好ましい。この厚さ範囲とすることで、圧電振動子の成形性が良好であり、また所望の振幅が得られるため十分な電気機械変換効率をえることができる。なお、第一圧電振動子１０から第三圧電振動子３０の各圧電体１２、２２、３２の厚さは、互いに等しくてもよく、異なっていてもよい。

上部電極層５６および下部電極層５７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。銀は電気抵抗の低い汎用的な電極材料と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性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、上部電極層５６および下部電極層５７の厚さは特に限定されないが、１μｍ以上５０μｍ以下とすることが好ましい。この厚さ範囲とすることで、均一な膜厚に成形することが容易であり、また圧電体２２に対する拘束力が抑制されて圧電振動子のエネルギー変換効率を低下させることがない。

振動部材１３、２３、３３は、圧電体１２、２２、３２に発生した振動を発振装置１００の全体に伝播させる機能と、圧電振動子の落下時の衝撃安定性を高める機能を持つ。また、振動部材１３、２３、３３は、圧電体１２、２２、３２の基本共振周波数を調整する機能を持つ。圧電体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ため、圧電体の剛性の制御により基本共振周波数が制御される。また、圧電体に用いる材料の弾性率の選択のほか、振動部材の厚みの調整により、基本共振周波数は低域または高域にシフトさせることができる。振動部材に対する塗膜の形成などによって重量負荷を調整してもよい。

振動部材１３、２３、３３には、金属や樹脂などを広く用いることができる。加工性の観点から、リン青銅や鉄−ニッケル合金、ステンレス鋼などの金属材料が使用される。また、振動部材１３、２３、３３の厚さについては、５μｍ以上１０００μｍ以下が好ましい。この厚さ範囲とすることで、圧電体１２、２２、３２の拘束力と加工精度を所望に得ることができる。振動部材１３、２３、３３の縦弾性係数（ヤング率）は１ＧＰａ以上５００ＧＰａ以下が好ましい。かかる数値範囲とすることで、圧電振動子の基本周波数を所望に調整し、かつ圧電振動子に高い信頼性を得ることができる。なお、鉄―ニッケル合金はセラミックスとの熱膨張係数が近く、接着処理などの熱工程での応力負荷を防止でき、信頼性が向上する。

そして、成形加工性の高い金属材料からなる振動部材１３、２３、３３を用いることにより、脆弱な圧電体１２、２２、３２の成形寸法および形状を共通化した状態で圧電振動子の基本共振周波数を調整することができる。

第二圧電振動子２０の振動部材２３は、圧電体２２を支持する台座部２３１と、台座部２３１の周囲に延在する複数の梁部２３２（２３２ａ〜２３２ｄ）とを含んでいる。そして、開口部２４が梁部２３２ａ〜２３２ｄ同士の間に形成されている。

言い換えると、振動部材２３の梁部２３２は略十字状をなし、交差する中心部に台座部２３１が形成されている。振動部材２３は、梁部２３２と台座部２３１とを一体成形してもよく、または個別に作成された梁部２３２と台座部２３１とを接合して一体化してもよい。台座部２３１は、圧電体２２を包含する形状および寸法をもつ。

本実施形態の発振装置１００において、第一圧電振動子１０と第二圧電振動子２０は、互いに同一形状である。第一圧電振動子１０および第二圧電振動子２０は、略十字状の梁部１３２、２３２およびその中心部に設けられた台座部１３１、２３１からなる振動部材１３、２３と、台座部１３１、２３１に接合された圧電体１２、２２とで構成されている。

圧電体１２、２２と台座部１３１、２３１とは、エポキシ樹脂等の接着剤を用いて接合することができる。

さらに、第一圧電振動子１０から第三圧電振動子３０は、いずれも同一形状である。すなわち、第三圧電振動子３０の振動部材３３は、圧電体３２を支持する台座部３３１と、台座部３３１の周囲に延在する複数の梁部３３２とを含んでいる。
本実施形態の発振装置１００において、第二圧電振動子２０の梁部２３２と、第三圧電振動子３０の梁部３３２の少なくとも一部同士は、発振方向（軸方向ＡＸ）からみて互いに重なりの位置にある。特に本実施形態の場合、第二圧電振動子２０の梁部２３２と第三圧電振動子３０の梁部３３２とは軸方向ＡＸからみて完全に重なり合っている。ただし、本発明はこれに限られず、軸方向ＡＸ方向に隣接する振動部材２３と振動部材３３とは、互いに重なり合わず異なる位置に設けられていてもよい。

第一圧電振動子１０から第三圧電振動子３０が同一形状であり、各振動子の基本共振周波数は略同等である。そして、第一圧電振動子１０から第三圧電振動子３０は、圧電体１２、２２、３２の中心同士が軸方向ＡＸに一致している。これにより、各振動子から発振された超音波ＵＳ１、ＵＳ２、ＵＳ３の位相制御が容易におこなわれる。

また、発振装置１００は、振動部材１３、２３、３３が固定された筒状の支持体４０を備えている。第一圧電振動子１０、第二圧電振動子２０および第三圧電振動子３０は、支持体４０の軸方向ＡＸに沿って多段に配置されている。

支持体４０は、発振装置１００を形成する筐体（ケース）としての役割を果たすと同時に、振動部材１３、２３、３３の振動を拡大する剛部材としての機能を果たす。

本実施形態の支持体４０は、梁部１３２、２３２、３３２をそれぞれ内包する円筒状をなしている。支持体４０には装着溝４２が設けられ、梁部１３２、２３２、３３２の先端がそれぞれ嵌合固定される。これにより、圧電体１２、２２、３２は、各面直方向が支持体４０の軸方向ＡＸに一致して多段に配置される。そして、隣接する梁部１３２、２３２、３３２同士と支持体４０の内壁面との間に略扇形の開口部１４、２４、３４がそれぞれ形成されている。

図２に示すように、第二圧電振動子２０の開口部２４および第三圧電振動子３０の開口部３４は、それぞれの後段に配置された第一圧電振動子１０、第二圧電振動子２０から発振された超音波ＵＳ１、ＵＳ２を通過させる。これにより、本実施形態の発振装置１００は、多段に配置した圧電振動子が他の圧電振動子から発振された超音波を阻害することがない。そして、複数の圧電振動子を多段に配置したことで、発振装置１００の設置面積を小型化することができる。言い換えると、発振装置１００は、多段に配列された複数の圧電振動子から音波を発生させることから、放射面の面積を拡大することなく、大きな音圧レベルでの出力が可能である。

本実施形態の第一圧電振動子１０、第二圧電振動子２０、第三圧電振動子３０が発振する超音波の周波数は、ともに２０ｋＨｚを超える。

図３は、本実施形態の発振装置１００が搭載された携帯端末２００の平面図である。同図に示すように、本実施形態の発振装置１００は携帯端末２００に搭載される。携帯端末２００としては携帯電話機を例示する。携帯端末２００の筐体２０２は、折り畳み型でもスライド型でもよく、または図示のように直線型でもよい。ディスプレイ部２０４および操作キー２０６と同一面上に本実施形態の発振装置１００は配置されている。筐体２０２には、ディスプレイ部２０４を目視するユーザに正対する位置に音声出力部２０８が開口形成され、その内部に発振装置１００が装着されている。

本実施形態の発振装置１００はパラメトリックスピーカであり、圧電振動子の特長である高い機械品質係数Ｑを利用して、特定周波数に限定した超音波を発振させる。これにより、携帯端末２００のユーザおよびその近傍に特定して可聴音を再生させことができる。ここで、圧電振動子の基本共振周波数は圧電体１２、２２、３２の円周径に依存し、小径になるにつれ、高周波数帯域へシフトする。そして、圧電振動子の発振周波数を２０ｋＨｚ以上とすることで、携帯端末２００への搭載性に優れた小型の発振装置１００が実現される。

図４（ａ）から（ｃ）は、往復揺動する圧電振動子を説明する正面図である。例として第二圧電振動子２０を図示するが、第一圧電振動子１０および第三圧電振動子３０に関しても同様である。

第二圧電振動子２０は圧電体２２と振動部材２３とを積層してなる。圧電体２２の上面には上部電極層５６が被着形成され、下面には下部電極層５７が被着形成されている。制御部５０は、超音波変調した可聴波に対応する交番電界を出力する。

圧電体２２は厚み方向に分極している。分極方向の正逆の向きは任意であるが、図４では上向きを分極方向とする。
同図（ａ）は中立状態であり、制御部５０による印加電圧はゼロである。
同図（ｂ）に示すように、リード線５４および上部電極層５６に正電界を印加し、リード線５５および下部電極層５７に負電界を印加した場合、圧電体２２は逆圧電効果によって厚みが減少する。厚みが減少した圧電体２２はポアソン比に応じて平面方向に拡大する。このとき、圧電体２２の下面は、振動部材２３の上面２３４が接合されて拘束されている。このため、圧電体２２の逆圧電変形量は、下面側に比べて上面側の方が大きくなり、圧電体２２は上に凸に変形する。

本実施形態の第二圧電振動子２０はユニモルフ構造であり、圧電体２２は振動部材２３の一方側にのみ設けられている。このため、圧電体２２の拡大変形に伴って、振動部材２３の上面２３４は下面２３５に比べて大きな歪みが平面方向に生じる。これにより、振動部材２３もまた上に凸に変形する。
よって、第二圧電振動子２０は中立状態（同図（ａ））から上方に変位して振動の上死点に至る。

図４（ｃ）に示すように制御部５０により印加される交番電界の正負が反転すると、圧電体２２は逆圧電効果によって厚みが増大し、平面方向に縮小するように変形する。これにより、同図（ｂ）とは逆に圧電体２２および振動部材２３は下に凸に変形する。このため、第二圧電振動子２０は中立状態（同図（ａ））から下方に変位して振動の下死点に至る。

換言すれば、圧電体２２は、主面が拡大するような第１の変形モードと、主面が縮小するような第２の変形モードとを繰り返すような運動を行う。このような運動を繰り返すことで、第二圧電振動子２０に振動を発生し、音波を発生する。

なお、第一圧電振動子１０、第二圧電振動子２０、第三圧電振動子３０に対して制御部５０が印加する交番電界の周波数を相違させた場合には、各圧電振動子が発振する超音波の周波数は互いに相違する。これにより、発振された超音波が互いに干渉することが防止される。一方、各圧電振動子に対して制御部５０が印加する交番電界の周波数を等しくすることにより、超音波から復調される可聴波を増幅させることができる。

なお本実施形態については種々の変形を許容する。

（第一変形例）
圧電振動子は、複数のセラミック層と電極層とが交互に形成された積層構造を有してもよい。
図５は、かかる第一変形例の圧電振動子（第二圧電振動子２０を例示する）を示す正面図である。振動部材２３は圧電体２２ａ、２２ｂによって両側から拘束されている。圧電体２２ａには上部電極層５６ａと下部電極層５７ａが設けられ、圧電体２２ｂには上部電極層５６ｂと下部電極層５７ｂが設けられている。すなわち、本変形例の第二圧電振動子２０は、２つのセラミック層（圧電体２２ａ、２２ｂ）と電極層（上部電極層５６ａ、５６ｂおよび下部電極層５７ａ、５７ｂ）とが交互に形成されている。

圧電体２２ａの下部電極層５７ａと、圧電体２２ｂの上部電極層５６ｂは、導電性の振動部材２３にそれぞれ接合されて同電位である。制御部５０の出力の一端に接続されたリード線５５は振動部材２３を通じて下部電極層５７ａおよび上部電極層５６ｂに電気的に接続されている。

制御部５０の出力の他端に接続されたリード線５４（５４ａ、５４ｂ）は分岐してそれぞれ圧電体２２ａの上部電極層５６ａと圧電体２２ｂの下部電極層５７ｂに接続されている。これにより、第二圧電振動子２０の上下両面は同電位となって制御部５０から交番電界が印加される。

このバイモルフ型の圧電振動子は、電界印加時の圧電体２２ａと圧電体２２ｂの変位方向が反対であり、一方が長手方向に伸張したときに他方が収縮する。これにより、圧電体２２ａと圧電体２２ｂとは、振動部材２３の凸変形（図４（ｂ）、（ｃ）を参照）の変形量を増大させる、発振装置１００の音圧レベルを高める。なお、二つの圧電体２２ａ、２２ｂについては、第一実施形態と同様の圧電性材料を使用することができる。また、２つの圧電体２２ａ、２２ｂは、互いに同一形状であってもよく、または互いに異なる形状であってもよい。

（第二変形例）
図６は第二変形例の圧電振動子の分解斜視図である。本変形例の圧電振動子もまた、複数のセラミック層（圧電体２２ａ〜２２ｅ）と電極層（導体層５８ａ〜５８ｄ）とが交互に形成された積層構造を有する。

この変形例の圧電振動子（第二圧電振動子２０を例示する）は、板状の圧電材料からなる三層以上、より具体的には五層の圧電体２２ａ〜２２ｅを互いに積層し、圧電体同士の間に電極層（導体層５８ａ〜５８ｄ）を一層ずつ介装したものである。

ここで、各圧電体の分極方向は一層ごとに逆向きとし、印加電界の向きも交互に逆向きとする。このような積層構造の圧電振動子によれば、電極層間に生じる電界強度が高いため、圧電体の積層数に応じて圧電振動子の駆動力が向上する。これにより、圧電振動子の面積を小さくして発振装置を小型化しても、その音圧レベルを十分に確保することができる。

また、本実施形態の第三変形例として、振動部材１３、２３、３３は、当該振動部材よりも低剛性の樹脂材料を介して支持体４０に接合されていてもよい。
図７は、かかる第三変形例の圧電振動子（第二圧電振動子２０を例示する）を示す正面図である。

圧電体２２が接合された振動部材２３の両端は、樹脂材料からなる保持部６０で支持されている。保持部６０は、支持体４０および振動部材２３よりもヤング率の低い樹脂材料からなる。保持部６０は、一端（外側端部）が支持体４０に固定され、他端（内側端部）が振動部材２３に固定された板状をなしている。樹脂材料は、有機高分子材料であれば特に限定されないが、ウレタン、ＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）またはポリエチレンなどが好ましい。

本変形例の第二圧電振動子２０は、このように振動部材２３と支持体４０との間に樹脂材料を介在させることで、圧電体２２の逆圧電変形によって生じた振動部材２３の往復揺動の振幅が増大する。これは、振動部材２３と支持体４０との固定状態が、第一実施形態よりも自由端に近づくためである。そして、かかる第二圧電振動子２０によれば、振動可動範囲が拡大して振幅量が増加するとともに、落下時の衝撃安定性も向上する。

＜第二実施形態＞
図８は本実施形態にかかる発振装置１００の内部構造を示す一部切欠斜視図である。支持体４０における手前側の一部と、制御部５０（図１（ａ）を参照）は図示を省略している。

本実施形態の発振装置１００は、圧電体２２、３２がそれぞれ多数の貫通孔を開口部２４、３４として備えている。そして、本実施形態の発振装置１００は、第一圧電振動子１０から第三圧電振動子３０のそれぞれ少なくとも一部が、発振方向からみて互いにずれあった位置にある。

本実施形態の第二圧電振動子２０および第三圧電振動子３０は、圧電体２２、３２と振動部材２３、３３をそれぞれ接合したうえで、それぞれ複数の開口部２４、３４を格子状または千鳥状に形成したものである。そして、開口部２４と開口部３４とは、軸方向ＡＸに直交する平面視方向からみて異なる位置に形成されている。これにより、第二圧電振動子２０（圧電体２２）が発振した超音波ＵＳ２は、その直上の開口部３４を通じて発振装置１００から前方に放射される。

ともに矩形の第一圧電振動子１０から第三圧電振動子３０は、角筒状の支持体４０に対して四辺がそれぞれ固定されている。

本実施形態の第一圧電振動子１０は無孔の平板状をなしている点で第二圧電振動子２０や第三圧電振動子３０と相違する。第一圧電振動子１０（圧電体１２）が発振した超音波ＵＳ１は、その直上の開口部２４を通じて前方に放射される。そして、超音波ＵＳ１は、第二圧電振動子２０よりも遠方にあたる第三圧電振動子３０においては、振動部材３３を迂回して開口部３４を通過することが可能である。

本実施形態の発振装置１００は、隣接する圧電振動子の開口部２４、３４がずれていることにより、放射された超音波ＵＳ１、ＵＳ２が支持体４０の内部に籠もらず好適に放射される。また、本実施形態の圧電振動子は、貫通孔（開口部２４、３４）の数密度および直径を選択することで基本共振周波数を調整することができる。

以下、本発明の発振装置を、実施例に基づいてより詳細に説明する。ただし本発明は以下の実施例に限られるものではない。

本発明の発振装置の特性評価を、以下、評価１〜評価２の評価項目で行った。
（評価１）音圧レベル周波数特性の測定：交流電圧１Ｖ入力時の音圧レベルを、素子から所定距離だけ離れた位置に配置したマイクロホンにより測定した。なお、この所定距離は、特に明記しない限り１０ｃｍであり、周波数の測定範囲は１０Ｈｚ〜１０ｋＨｚとして、超音波変調された可聴波を発振した。また、マイクロホンで測定した音圧レベルの波形の目視観察と、変調された可聴波の官能評価により、周波数特性の平坦性を評価した。

（評価２）落下衝撃試験：発振装置を搭載した携帯電話機を５０ｃｍ直上から、５回自然落下させ、落下衝撃安定性試験を行った。具体的には、落下衝撃試験後の割れ等の破壊を目視で確認し、さらに、試験後の音圧特性を測定した。その結果、音圧レベル差（試験前の音圧レベルと試験後の音圧レベルとの差）が３ｄＢ未満を○とし、３ｄＢ以上を×とした。

（実施例１）
図１に示した発振装置を作成し、評価１による音響特性、および評価２による機械特性を調べた。

第一圧電振動子１０の圧電体１２は、外径＝φ１０ｍｍ、厚み＝２００μｍとし、その両面に、それぞれ厚み８μｍの上部電極層５６および下部電極層５７を形成した。振動部材１３は、外径＝φ１２ｍｍ、厚み＝３００μｍのリン青銅を用いた。支持体４０にはステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を用い、振動部材１３と直接に接合した。支持体４０は、外径＝φ１３ｍｍ、内径＝φ１２ｍｍの中空状の円筒であり、厚さを２．０ｍｍとした。
圧電体１２および振動部材１３は同心状に配置した。また、圧電体１２の圧電材料には、ジルコン酸チタン酸鉛系セラミックを用いた。上部電極層５６および下部電極層５７には、銀／パラジウム合金（重量比７０％：３０％）を使用した。圧電体１２の圧電セラミックスの製造はグリーンシート法で行い、大気中で１１００℃、２時間にわたって焼成し、その後、圧電体１２に分極処理を施した。圧電体１２と振動部材１３との接着、および支持体４０との接着には、いずれもエポキシ系接着剤を用いた。
第二圧電振動子２０および第三圧電振動子３０についても第一圧電振動子１０と同様に作成した。

また、図５（実施例２）、図６（実施例３）および図７（実施例４）の発振装置１００を実施例１と同様に作成し、同様に音響特性および機械特性を調べた。

比較例１として、実施例１〜４と同一面積の音響放射面を有する動電型の発振装置を作成し、同様に音響特性および機械特性を調べた。
なお、各実施例と比較例において、音響放射面の面積は共通とした。結果を表１に示す。

上記の結果より明らかのように、実施例１〜４の発振装置によれば、小型かつ高い音圧レベルを有し、音圧レベル周波数特性は平坦であった。

実施例５として、第一実施形態の発振装置に対して、各圧電振動子の圧電体の外径寸法のみを３ｍｍ、５ｍｍ、７ｍｍ、１０ｍｍに変更して、実施例１と同様に音響特性および機械特性を調べた。結果を表２に示す。

上記の結果より明らかのように、実施例５の発振装置によれば、いずれも小型でかつ高い音圧レベルを有し、音圧レベル周波数特性は平坦であった。

実施例６から９として、図３に示した携帯端末２００の筐体２０２に、実施例１から４の発振装置１００をそれぞれ搭載した。具体的には、携帯電話機（携帯端末２００）の筐体２０２の内側面に発振装置を貼り付ける構成とした。かかる携帯端末２００に関して、実施例１と同様に音圧レベルの測定と機械特性の評価をおこなった。なお機械特性は、発振装置１００を搭載した携帯端末２００を５０ｃｍ直上から５回自然落下させて落下衝撃安定性試験をおこなった。結果を表３に示す。

上記の結果より明らかのように、実施例６〜９の発振装置に関しても、いずれも小型でかつ高い音圧レベルを有し、高い衝撃安定性を有することが分かった。
以下、参考形態の例を付記する。
１．
厚さ方向に分極された圧電体と振動部材とが積層され電界の印加により面直方向に揺動して超音波をそれぞれ発振する第一および第二の圧電振動子を備え、
前記第二の圧電振動子が、前記第一の圧電振動子の発振方向の前方に配置されているとともに、前記第一の圧電振動子が発振した前記超音波を通過させる開口部を備えていることを特徴とする発振装置。
２．
前記第二の圧電振動子の前記振動部材は、前記圧電体を支持する台座部と、前記台座部の周囲に延在する複数の梁部とを含み、
前記開口部が前記梁部同士の間に形成されている１．に記載の発振装置。
３．
前記第一と第二の圧電振動子が互いに同一形状である１．または２．に記載の発振装置。
４．
前記振動部材が固定された筒状の支持体をさらに備え、
前記第一および第二の圧電振動子が前記支持体の軸方向に沿って多段に配置されている１．から３．のいずれか一項に記載の発振装置。
５．
前記振動部材が、該振動部材よりも低剛性の樹脂材料を介して前記支持体に接合されている４．に記載の発振装置。
６．
前記軸方向に沿って前記第二の圧電振動子の発振方向のさらに前方に第三の圧電振動子が配置されているとともに、
前記第三の圧電振動子は、前記第二の圧電振動子が発振した前記超音波を通過させる開口部を備えていることを特徴とする４．または５．に記載の発振装置。
７．
前記第三の圧電振動子の前記振動部材は、前記圧電体を支持する台座部と、前記台座部の周囲に延在する複数の梁部とを含み、
前記第二の圧電振動子の前記梁部と、前記第三の圧電振動子の前記梁部の少なくとも一部同士が、前記発振方向からみて互いに重なりの位置にあることを特徴とする６．に記載の発振装置。
８．
前記第一から第三の圧電振動子のそれぞれ少なくとも一部が、前記発振方向からみて互いにずれあった位置にあることを特徴とする６．に記載の発振装置。
９．
前記圧電振動子が可聴波の超音波変調波を発振する１．から８．のいずれか一項に記載の発振装置。
１０．
前記圧電振動子から発振されて測定対象物で反射した前記超音波を検知して、前記圧電振動子と前記測定対象物との距離を算出する測距部をさらに備える１．から８．のいずれか一項に記載の発振装置。

１０ 第一圧電振動子
２０ 第二圧電振動子
３０ 第三圧電振動子
１２、２２、３２ 圧電体
１３、２３、３３ 振動部材
１３１、２３１、３３１ 台座部
１３２、２３２、３３２ 梁部
２３４ 上面
２３５ 下面
１４、２４、３４ 開口部
４０ 支持体
４２ 装着溝
５０ 制御部
５２ 配線
５４、５５ リード線
５６ 上部電極層
５７ 下部電極層
５８ａ〜５８ｄ 導体層
６０ 保持部
１００ 発振装置
２００ 携帯端末
２０２ 筐体
２０４ ディスプレイ部
２０６ 操作キー
２０８ 音声出力部
ＡＸ 軸方向
ＵＳ１、ＵＳ２、ＵＳ３ 超音波

Claims (6)

1. 厚さ方向に分極された圧電体と振動部材とが積層され電界の印加により面直方向に揺動して超音波をそれぞれ発振する第一および第二の圧電振動子と、
   前記振動部材が固定された筒状の支持体と、
   を備え、
   前記第二の圧電振動子が、前記第一の圧電振動子の発振方向の前方に配置されているとともに、前記第一の圧電振動子が発振した前記超音波を通過させる開口部を備え、
   前記第一および第二の圧電振動子が前記支持体の軸方向に沿って多段に配置されており、
   前記軸方向に沿って前記第二の圧電振動子の発振方向のさらに前方に第三の圧電振動子が配置されているとともに、
   前記第三の圧電振動子は、前記第二の圧電振動子が発振した前記超音波を通過させる開口部を備えており、
   前記第三の圧電振動子の前記振動部材は、前記圧電体を支持する台座部と、前記台座部の周囲に延在する複数の梁部とを含み、
   前記第二の圧電振動子の前記梁部と、前記第三の圧電振動子の前記梁部の少なくとも一部同士が、前記発振方向からみて互いに重なりの位置にあることを特徴とする発振装置。
2. 前記第二の圧電振動子の前記振動部材は、前記圧電体を支持する台座部と、前記台座部の周囲に延在する複数の梁部とを含み、
   前記開口部が前記梁部同士の間に形成されている請求項１に記載の発振装置。
3. 前記第一と第二の圧電振動子が互いに同一形状である請求項１または２に記載の発振装置。
4. 前記振動部材が、該振動部材よりも低剛性の樹脂材料を介して前記支持体に接合されている請求項１から３のいずれか一項に記載の発振装置。
5. 前記圧電振動子が可聴波の超音波変調波を発振する請求項１から４のいずれか一項に記載の発振装置。
6. 前記圧電振動子から発振されて測定対象物で反射した前記超音波を検知して、前記圧電振動子と前記測定対象物との距離を算出する測距部をさらに備える請求項１から４のいずれか一項に記載の発振装置。

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