JPWO2012132261A1 - 発振装置、および電子機器 - Google Patents

Abstract

発振装置（１００）は、一面上に複数の凸部（７２）を有する圧電体（７０）と、複数の凸部（７２）上それぞれに、互いに分離して設けられた複数の電極（８０）と、それぞれが一の電極（８０）のみと対向するように、圧電体（７０）の一面とは反対の他面上に設けられた複数の電極（８２）と、を備えている。これにより、音響特性のばらつきを抑制することができる。従って、電子機器の音響特性を向上させることが可能な発振装置が提供される。

Description

本発明は、圧電振動子を有する発振装置、および電子機器に関する。

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および２に記載のものがある。特許文献１に記載の技術は、圧電素子と振動膜とを、弾性を有する振動伝達部材を介して接合するというものである。特許文献２に記載の技術は、互いに分離した圧電体を支持体上に設けるというものである。

圧電素子に関する技術としては、他にも例えば特許文献３〜８に記載されるものもある。特許文献３および４には、圧電素子を用いた超音波探触子に関する技術が記載されている。特許文献５に記載の技術は、圧電セラミック素体に形成された溝にダンパー材を埋設するというものである。特許文献６に記載の技術は、圧電アクチュエータに関し、弾性部材と移動子に接する張り出し部を形成するというものである。特許文献７に記載の技術は、圧電素子の２主面に設けられた振動電極を、導電ペーストを塗布しないで押さえつけて導通させるというものである。また、特許文献８には、圧電アクチュエータの製造方法が記載されている。

国際公開第２００５／０９４１２１号パンフレット 実開昭６２−１０５９４号公報 特開平５−４１８９９号公報 特開平９−８４１９３号公報 実開昭６２−１４８０００号公報 特開平７−１６３１６６号公報 特開平５−７５３７２号公報 特開２００６−３３２６１６号公報

圧電型電気音響変換器は、例えば圧電振動子を有する複数の発振装置をアレイ状に配列することにより構成される。この場合、複数の圧電振動子間における特性ばらつきが発生することがあった。これにより、電子機器の音響特性は劣化する。従って、圧電振動子間における特性ばらつきを抑え、電子機器の音響特性を向上させることが求められる。

また、電子機器の音響特性を向上させるためには、電子機器が備える発振装置の音圧レベルを向上させることが望ましい。

本発明の目的は、電子機器の音響特性を向上させることにある。

第１の発明によれば、一面上に複数の第１凸部を有する圧電体と、
前記複数の第１凸部上それぞれに、互いに分離して設けられた複数の第１電極層と、
それぞれが一の前記第１電極層のみと対向するように、前記圧電体の前記一面とは反対の他面上に設けられた複数の第２電極層と、
を備える発振装置が提供される。

第２の発明によれば、圧電振動子と、一面において前記圧電振動子を拘束し、かつ端部が前記一面側または前記一面とは反対の他面側に折り曲げられている振動部材と、前記振動部材の端部を保持する支持部材と、を備える発振装置が提供される。

また、第２の発明によれば、支持部材と、前記支持部材上に固定された複数の発振装置と、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し、端部が前記一面側または前記一面とは反対の他面側に折り曲げられ、かつ前記端部が前記支持部材によって保持されている振動部材と、を有している電子機器が提供される。

本発明によれば、電子機器の音響特性を向上させることができる。

上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。

第１の実施形態に係る発振装置を示す断面図である。 図１に示す発振装置を示す平面図である。 図１に示す発振装置の変形例を示す平面図である。 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に示す圧電振動子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の実施形態に係る発振装置１００を示す断面図である。本実施形態に係る発振装置１００は、本明細書における第１の発明に対応するものである。本実施形態に係る発振装置１００は、圧電体７０と、複数の上部電極８０と、複数の下部電極８２と、を備えている。発振装置１００は、例えば携帯電話機等の電子機器に搭載される。

圧電体７０は、一面上に複数の凸部７２を有している。複数の上部電極８０は、複数の凸部７２上それぞれに、互いに分離して設けられている。複数の下部電極８２は、それぞれが一の上部電極８０のみと対向するように、圧電体７０の一面とは反対の他面上に設けられている。以下、発振装置１００の構成について、詳細に説明する。

図２は、図１に示す発振装置１００を示す平面図である。図２は、発振装置１００の上面を示している。図２に示すように、凸部７２、および凸部７２上に設けられた上部電極８０は、例えばアレイ状に配列されている。

図１に示すように圧電体７０は、例えば他面上に複数の凸部７４を有している。複数の凸部７４は、それぞれが平面視で一の凸部７２のみと重なるように、圧電体７０の他面上に設けられている。本実施形態においては、複数の凸部７２と複数の凸部７４は、圧電体７０の一面および他面の間に位置する中心面を基準に面対称となるように位置するように設けることができる（図示せず）。

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。
凸部７２および凸部７４は、圧電効果を有する上記材料からなる圧電体を加工することにより形成される。圧電体の加工は、例えば圧電材料上の切削加工や、形状型による焼成等により行うことができる。
凸部７２および凸部７４は、例えば平面視で正方形である。

圧電体７０は、その厚さ方向（図１中上下方向）に分極している。圧電体７０は、平面視で凸部７２および凸部７４が重なる部分において、厚みが１ｍｍ以下であることが好ましい。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。また、圧電体７０は、凸部７２および凸部７４が位置しない部分において、厚みが１０μｍ以上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。

上部電極８０は、例えば平面視で凸部７２と同一の形状を有するように設けることができる。また、下部電極８２は、例えば平面視で凸部７４と同一の形状を有するように設けることができる。
上部電極８０および下部電極８２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８０および下部電極８２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８０または下部電極８２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。

互いに対向する上部電極８０および下部電極８２、ならびにこれらの間に位置する圧電体７０は、一の圧電振動子１０を構成する。すなわち、互いに対向する上部電極８０および下部電極８２、ならびにこれらの間に位置する凸部７２および凸部７４によって、一の圧電振動子１０が構成される。
これにより、発振装置１００は、複数の圧電振動子１０を有することとなる。

図３は、図１に示す発振装置１００の変形例を示す平面図である。本実施形態では、凸部７２、凸部７４、上部電極８０および下部電極８２は、平面視で正方形の形状を有する。一方で、図３に示すように、凸部７２、凸部７４、上部電極８０および下部電極８２は、種々の形状を選択することができる。例えば図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、長方形の形状を有するように設けることができる。また、その配列数は限定されない。また、図３（ｄ）に示すように、凸部７２、凸部７４、上部電極８０および下部電極８２は、例えば平面視で円形または楕円形の形状を有するように設けられていてもよい。
このように、凸部７２、凸部７４、上部電極８０および下部電極８２の形状を選択することにより、これらにより構成される複数の圧電振動子１０の共振周波数を選択することができる。

凸部７２、凸部７４、上部電極８０および下部電極８２によって構成される複数の圧電振動子１０において、互いに隣り合う圧電振動子１０の間隔は、任意に設定することができる。これにより、複数の圧電振動子１０間における音波の干渉を抑制することができる。

図１および図２に示すように、発振装置１００は、例えば圧電体７０を保持する支持枠３０を備えている。支持枠３０は、例えば圧電体７０の縁を保持している。また、支持枠３０は、例えば圧電体７０の全周を保持する。

図１に示すように、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、各上部電極８０および各下部電極８２と接続している。そして、各上部電極８０および各下部電極８２によって構成される各圧電振動子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、複数の圧電振動子１０の出力を互いに独立して制御することができる。

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、各圧電振動子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。
圧電振動子の基本共振周波数は振動面の輪郭形状の長さに依存する。すなわち、共振周波数が高域にシフトするほど、圧電振動子の面積は減少する。このため、各圧電振動子１０の発振周波数を超音波帯域にすることで、発振装置１００の小型化を図ることができる。
また、各圧電振動子１０の発振周波数を超音波帯域にすることで、高い指向性を実現することもできる。

また、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各圧電振動子１０へ入力してもよい。
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。そして、発振装置１００を音波センサとして使用する場合、信号生成部９２は各圧電振動子１０に、各圧電振動子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。本実施形態に係る発振装置１００は、圧電体７０が有する複数の凸部７２上それぞれに互いに分離して設けられた複数の上部電極８０と、それぞれが一の上部電極８０のみと対向するように圧電体７０の他面上に設けられた複数の下部電極８２と、を備えている。このとき、複数の凸部７２、複数の上部電極８０および複数の下部電極８２は、複数の圧電振動子１０を構成する。
このように、本実施形態によれば、複数の圧電振動子１０は、一層の圧電体７０から構成される。このため、複数の圧電振動子１０をアレイ状に配列し、互いに接合するプロセスを必要としない。複数の圧電振動子１０間における特性ばらつきを抑制することができる。従って、電子機器の音響特性を向上させることができる。

また、各圧電振動子１０は、各上部電極８０および各下部電極８２を介して互いに独立して制御される。このため、複数の圧電振動子１０を、高い自由度をもって制御することが可能となる。

複数の圧電振動子１０は、各凸部７２によって構成されている。すなわち、複数の圧電振動子１０は、互いに溝を挟んで配列されることとなる。従って、圧電振動子１０間に溝が形成されない場合と比較して、圧電振動子１０の振動が拘束されることが抑制される。従って、発振装置１００のエネルギーロスを抑え、低消費電力化を図ることができる。

また、複数の凸部７２は、互いに溝を挟んで配列されている。このため、一の圧電振動子１０から、隣接する他の圧電振動子１０へ、振動が伝達されてしまうことを抑制することができる。

図４は、第２の実施形態に係る電子機器２００を示す断面図である。また、図５は、図４に示す電子機器２００を示す平面図である。本実施形態に係る電子機器２００は、本明細書における第２の発明に対応するものである。本実施形態に係る電子機器２００は、支持部材と、複数の発振装置１００と、を備えている。電子機器２００は、例えば携帯電話機等の携帯端末装置である。

複数の発振装置１００は、支持部材上に固定されている。発振装置１００は、圧電振動子１０と、振動部材２０と、を有している。振動部材２０は、一面において圧電振動子１０を拘束している。また、振動部材２０は、端部が一面側または一面とは反対の他面側に折り曲げられている。さらに、振動部材２０は、端部が支持部材によって保持されている。以下、電子機器２００の構成について詳細に説明する。

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４に示すように、振動部材２０は、例えば基板３２によって保持されている。基板３２は、図５に示すように、内部が空洞となったリング形状を有している。リング形状は、例えば四角形であるが、これに限られず、円形や楕円形であってもよい。振動部材２０は、端部の一部が基板３２上に固定されていることによって、基板３２に保持される。
また、基板３２は、例えば支持枠３０によって固定される。

図４に示すように、振動部材２０の端部は、一面側に折り曲げられている。振動部材２０の端部が折り曲げられることにより、振動部材２０はバネ形状を有することとなる。このため、振動時において、振動部材２０には板バネ効果が働くこととなる。また、振動時におけるストロークの長尺化を図ることもできる。従って、発振装置１００の音圧レベルを向上させることができる。

図４に示すように、振動部材２０は、一端および一端とは反対の他端において、一面または他面の一方の面側に折り曲げられている。本実施形態においては、図４に示すように、振動部材２０の一端および他端は、いずれも一面側に折り曲げられている。また、振動部材２０は、一端および他端において、基板３２に固定される。

振動部材２０は、屈曲部２２において折り曲げられている。また、平面視で、振動部材２０の端部は、２２よりも内側に位置している。このため、折り曲げられた振動部材２０の端部のための実装面積を必要としない。従って、配列された発振装置１００間の距離を短縮し、電子機器２００の小型化を図ることができる。

図４に示すように、複数の発振装置１００は、例えば基板３２の両面上に配置されている。本実施形態において、基板３２の一面上には複数の発振装置１０２が配置され、他面上には複数の発振装置１０４が配置される。また、発振装置１０２および発振装置１０４は、平面視で互いに位置をずらせて配置される。

本実施形態における電子機器２００によれば、発振装置１０２および発振装置１０４は、平面視で互いにずれた位置に配置される。また、基板３２は、内部が空洞となったリング形状を有する。
このため、基板３２の一面側には、複数の発振装置１０２から基板３２の一面側へ出力された音波と、複数の発振装置１０４から発振装置１０２間の隙間を通って基板３２の一面側へ出力された音波が放射される。また、基板３２の他面側には、複数の発振装置１０４から基板３２の他面側へ出力された音波と、複数の発振装置１０２から発振装置１０４間の隙間を通って基板３２の他面側へ出力された音波が放射される。
従って、発振装置１０２および発振装置１０４から出力される音波が効率的に放射されることとなり、高い音圧レベルを実現することができる。
なお、発振装置１０２および発振装置１０４の配置は、任意に調整することができる。

図６は、図４に示す圧電振動子１０を示す断面図である。図６に示すように、圧電振動子１０は、圧電体７０、上部電極８０および下部電極８２を有している。圧電体７０は、上部電極８０および下部電極８２に挟まれている。また、圧電体７０は、その厚さ方向（図６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。

圧電体７０としては、例えば第１の実施形態と同様のものを用いることができる。また、上部電極８０、下部電極８２としては、例えば第１の実施形態と同様のものを用いることができる。

電子機器２００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、各圧電振動子１０と接続しており、各圧電振動子１０に入力する電気信号を生成する。また、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、複数の発振装置１００の出力を互いに独立して制御することができる。
発振装置１００の出力制御については、制御部９０および信号生成部９２を用いて、第１の実施形態と同様に実施することができる。

次に、本実施形態の効果を説明する。本実施形態に係る電子機器２００は、一面において圧電振動子１０を拘束し、端部が一面側または他面側に折り曲げられ、かつ端部が支持部材によって保持されている振動部材を備えている。
本実施形態によれば、振動部材２０は、バネ形状を有している。このため、振動時において、振動部材２０には板バネ効果が働くこととなる。また、振動時におけるストロークの長尺化を図ることもできる。これにより、発振装置１００の音圧レベルを向上させることができる。従って、電子機器の音響特性を向上させることができる。

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。

この出願は、２０１１年３月３１日に出願された日本出願特願２０１１−０８１０２５号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims (9)

1. 一面上に複数の第１凸部を有する圧電体と、
   前記複数の第１凸部上それぞれに、互いに分離して設けられた複数の第１電極と、
   それぞれが一の前記第１電極のみと対向するように、前記圧電体の前記一面とは反対の他面上に設けられた複数の第２電極と、
   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、
   それぞれが平面視で一の前記第１凸部のみと重なるように、前記圧電体の前記他面上に設けられた複数の第２凸部を備える発振装置。
3. 請求項１または２に記載の発振装置において、
   各前記第１電極および各前記第２電極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制御部と、
   を備え、
   互いに対向する前記第１電極および前記第２電極、ならびにこれらの間に位置する前記圧電体は、一の圧電振動子を構成しており、
   前記制御部は、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、複数の前記圧電振動子の出力を互いに独立して制御する発振装置。
4. 圧電振動子と、
   一面において前記圧電振動子を拘束し、かつ端部が前記一面側または前記一面とは反対の他面側に折り曲げられている振動部材と、
   前記振動部材の端部を保持する支持部材と、
   を備える発振装置。
5. 請求項４に記載の発振装置において、
   前記振動部材は、一端および前記一端とは反対側の他端において、前記一面または前記他面の一方の面側に折り曲げられている発振装置。
6. 請求項４または５に記載の発振装置において、
   前記振動部材は、屈曲部において折り曲げられており、かつ平面視で前記端部が前記屈曲部よりも内側に位置する発振装置。
7. 支持部材と、
   前記支持部材上に固定された複数の発振装置と、
   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し、端部が前記一面側または前記一面とは反対の他面側に折り曲げられ、かつ前記端部が前記支持部材によって保持されている振動部材と、
   を有している電子機器。
8. 請求項７に記載の電子機器において、
   前記振動部材は、屈曲部において折り曲げられており、かつ平面視で前記端部が前記屈曲部よりも内側に位置している電子機器。
9. 請求項７また８に記載の電子機器において、
   前記複数の発振装置は、前記支持部材の両面上に配置されている電子機器。

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