JPWO2014087961A1 - 電気音響変換器、その製造方法、及びその電気音響変換器を用いた電子機器 - Google Patents
電気音響変換器、その製造方法、及びその電気音響変換器を用いた電子機器 Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2014087961A1 JPWO2014087961A1 JP2014551089A JP2014551089A JPWO2014087961A1 JP WO2014087961 A1 JPWO2014087961 A1 JP WO2014087961A1 JP 2014551089 A JP2014551089 A JP 2014551089A JP 2014551089 A JP2014551089 A JP 2014551089A JP WO2014087961 A1 JPWO2014087961 A1 JP WO2014087961A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric vibrator
- electroacoustic transducer
- vibration
- piezoelectric
- vibration member
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- 238000010030 laminating Methods 0.000 claims description 5
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 abstract description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 5
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 4
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 4
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 4
- 230000005236 sound signal Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 2
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 2
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 description 1
- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 1
- 239000010974 bronze Substances 0.000 description 1
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 230000005520 electrodynamics Effects 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 1
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R31/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of transducers or diaphragms therefor
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
- B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
- B06B1/0611—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements in a pile
- B06B1/0614—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements in a pile for generating several frequencies
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
- B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
- B06B1/0622—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements on one surface
- B06B1/064—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements on one surface with multiple active layers
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
- H04R17/10—Resonant transducers, i.e. adapted to produce maximum output at a predetermined frequency
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
- H04R1/20—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics
- H04R1/32—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only
- H04R1/40—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only by combining a number of identical transducers
- H04R1/403—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only by combining a number of identical transducers loud-speakers
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R2217/00—Details of magnetostrictive, piezoelectric, or electrostrictive transducers covered by H04R15/00 or H04R17/00 but not provided for in any of their subgroups
- H04R2217/03—Parametric transducers where sound is generated or captured by the acoustic demodulation of amplitude modulated ultrasonic waves
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R2499/00—Aspects covered by H04R or H04S not otherwise provided for in their subgroups
- H04R2499/10—General applications
- H04R2499/11—Transducers incorporated or for use in hand-held devices, e.g. mobile phones, PDA's, camera's
Abstract
広帯域の音波を放射することに貢献し、放射される音波の指向性低下を抑制することに貢献する。電気音響変換器は、振動方向に沿って、所定の空間をもって層状に積層して配置された、共振周波数の異なる複数の圧電振動子と、各圧電振動子を拘束する振動部材と、振動部材の縁を支持するフレームと、を備える積層圧電振動子ユニットを、振動方向に交差する方向に、並列に配置し、振動部材は、振動方向に沿って、順に面積が拡大又は縮小するように、所定の空間をもって層状に積層して配置される。
Description
[関連出願についての記載]
本発明は、日本国特許出願:特願2012−264526号(2012年12月 3日出願)に基づくものであり、同出願の全記載内容は引用をもって本書に組み込み記載されているものとする。
本発明は、電気音響変換器、その製造方法、及びその電気音響変換器を用いた電子機器に関する。
本発明は、日本国特許出願:特願2012−264526号(2012年12月 3日出願)に基づくものであり、同出願の全記載内容は引用をもって本書に組み込み記載されているものとする。
本発明は、電気音響変換器、その製造方法、及びその電気音響変換器を用いた電子機器に関する。
近年、特定の位置にいる人に音波を伝播する、指向性の強いパラメトリックスピーカが注目されている。例えば、携帯電話等の電子機器にパラメトリックスピーカを搭載し、ユーザ近傍に音声信号を伝播する等の利用が期待されている。
ここで、携帯電話等の電子機器にパラメトリックスピーカを搭載する場合、パラメトリックスピーカは、小型化が求められる。しかし、磁気回路を用いる動電型電気音響変換器においては、その原理上、小型化が困難である。そこで、圧電振動子を用いた電気音響変換器の利用が期待されている。
特許文献1乃至3において、複数の圧電振動子を、音波の放射方向に向かって、順に並べた電気音響変換器が開示されている。
なお、上記先行技術文献等の各開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。以下の分析は、本発明の観点からなされたものである。
上述の通り、携帯電話等の電子機器において、パラメトリックスピーカの利用が期待されている。ここで、パラメトリックスピーカは、高音質の出力を実現するために、広帯域の超音波を発振することが求められる。さらに、携帯電話等の電子機器にパラメトリックスピーカを搭載する場合、パラメトリックスピーカの小型化が求められる。
しかし、圧電振動子を用いて、広帯域の超音波を発振するためには、電気音響変換器は、複数の圧電振動子を備えることが必要である。
さらに、電気音響変換器が複数の圧電振動子を備える場合、各圧電振動子から発振される超音波が干渉する恐れがある。つまり、電気音響変換器が複数の圧電振動子を備える場合、指向性が低下する恐れがある。
特許文献1乃至3において開示された技術では、圧電振動子から発振される超音波が干渉する可能性が高い。そのため、圧電振動子の数が増加するほど、放射される音波の指向性が低下する恐れがある。
従って、広帯域の音波を放射することに貢献し、放射される音波の指向性低下を抑制することに貢献する電気音響変換器、その製造方法、及びその電気音響変換器を備えた電子機器が、望まれる。
本発明の第1の視点によれば、振動方向に沿って、所定の空間をもって層状に積層して配置された、共振周波数の異なる複数の圧電振動子と、前記各圧電振動子を拘束する振動部材と、前記振動部材の縁を支持するフレームと、を備える積層圧電振動子ユニットを、前記振動方向に交差する方向に、並列に配置し、前記振動部材は、前記振動方向に沿って、順に面積が拡大又は縮小するように、所定の空間をもって層状に積層して配置される電気音響変換器が、提供される。
本発明の第2の視点によれば、振動方向に沿って、所定の空間をもって層状に積層して配置された、共振周波数の異なる複数の圧電振動子と、前記各圧電振動子を拘束する振動部材と、前記振動部材の縁を支持するフレームと、を備える積層圧電振動子ユニットを、前記振動方向に交差する方向に、並列に配置し、前記振動部材は、前記振動方向に沿って、順に面積が拡大又は縮小するように、所定の空間をもって層状に積層して配置される、電気音響変換器を搭載し、前記圧電振動子を20kHz以上の周波数の超音波を放射するよう発振させる電子機器が、提供される。
本発明の第3の視点によれば、圧電振動子と、前記圧電振動子を拘束する振動部材と、を備える電気音響変換器の製造方法であって、共振周波数の異なる前記複数の圧電振動子を、振動方向に沿って、所定の空間をもって層状に積層して配置する工程と、積層された前記圧電振動子と、前記振動部材と、を備える積層圧電振動子ユニットを前記振動方向に交差する方向に、並列に配置する工程と、前記積層圧電振動子ユニット内部に、前記振動方向に沿って、順に面積が拡大又は縮小するように、所定の空間をもって層状に積層して配置する工程と、を含む電気音響変換器の製造方法が、提供される。
本発明の各視点によれば、広帯域の音波を放射することに貢献し、放射される音波の指向性低下を抑制することに貢献する電気音響変換器、その製造方法、及びその電気音響変換器を備えた電子機器が、提供される。
初めに、図1を用いて一実施形態の概要について説明する。なお、この概要に付記した図面参照符号は、理解を助けるための一例として各要素に便宜上付記したものであり、この概要の記載はなんらの限定を意図するものではない。
上述の通り、パラメトリックスピーカは、高音質の出力を実現するために、広帯域の超音波を発振することが求められる。しかし、圧電振動子の数が増加すると、放射される音波の指向性が低下する恐れがある。従って、広帯域の音波を放射することに貢献し、放射される音波の指向性低下を抑制することに貢献する電気音響変換器が、望まれる。
そこで、一例として図1に示す電気音響変換器100を提供する。電気音響変換器100は、圧電振動子102の振動方向に交差する方向に、並列に配置された積層圧電振動子ユニット101を備える。積層圧電振動子ユニット101は、複数の圧電振動子102と、振動部材103と、フレーム104と、を備える。振動部材103は、圧電振動子102を拘束する。そして、フレーム104は、振動部材103の縁を拘束する。そして、振動部材103は、圧電振動子102の振動方向に沿って、順に面積が拡大又は縮小するように、所定の空間をもって層状に積層して配置される。
また、圧電振動子102は、各積層圧電振動子ユニット101において、振動方向に沿って、所定の空間をもって層状に積層して配置される。なお、図1においては、3層の圧電振動子102を積層した積層圧電振動子ユニット101を示す。しかし、これは、本願発明において、圧電振動子102を3層積層することに限定する趣旨ではない。圧電振動子102を2層、又は4層以上積層してもよい。
圧電振動子102は、電界の印加により揺動して音波を発振する。ここで、積層圧電振動子ユニット101は、共振周波数の異なる複数の圧電振動子102を含む。従って、異なる共振周波数の圧電振動子102から発振された超音波を復調することによって、復調される可聴音の帯域を拡張できる。
例えば、積層圧電振動子ユニット101は、夫々異なる長さの圧電振動子102を含んでもよい。圧電振動子102の発振する音波の共振周波数と、圧電振動子102の長さは反比例の関係にある。そのため、各圧電振動子102の長さを変更することによって、各圧電振動子102の共振周波数を変更できる。
さらに、電気音響変換器100は、一又は複数の圧電振動子102を選択的に駆動することが好ましい。選択的に圧電振動子102を駆動することによって、電気音響変換器100の指向性を強くできる。つまり、選択的に圧電振動子102を駆動することによって、特定方向に音場を形成できる。従って、電気音響変換器100は、広帯域の音波を放射することに貢献し、放射される音波の指向性低下を抑制することに貢献する。
また、上述の通り、振動部材103は、圧電振動子102の振動方向に沿って、順に面積が拡大又は縮小するように、所定の空間をもって層状に積層して配置される。そのため、振動部材103の縁を支持するフレーム104は、傾斜して配置される。このように、フレーム104を傾斜させることによって、フレーム104に対する応力を拡散できる。
さらに、図1に示すように、振動部材103は、隣接する積層圧電振動子ユニット101内部の振動部材103の配置順序に対して、反転して配置されることが好ましい。なぜなら、このように振動部材103を配置することによって、電気音響変換器100の実装容積を縮小できるからである。
また、図1においては、隣接する積層圧電振動子ユニット101は、振動部材103と圧電振動子102の配置を反転している。しかし、隣接する積層圧電振動子ユニット101において、振動部材103の同一面に、圧電振動子102を配置しても良い。また、積層圧電振動ユニット101は、振動部材103の両主面に、圧電振動子102を配置しても良い。つまり、積層圧電振動ユニット101は、所謂、バイモルフ構造であっても良い。
本発明において下記の形態が可能である。
[形態1]上記第1の視点に係る電気音響変換器の通りである。
[形態2]前記振動部材は、隣接する前記積層圧電振動子ユニット内部の前記振動部材の配置順序に対して、反転して配置されることが好ましい。
[形態3]前記積層圧電振動子ユニットは、少なくとも剛性、又は厚みのいずれか一が夫々異なる前記振動部材を備えることが好ましい。
[形態4]前記電気音響変換器は、前記圧電振動子のうち、一又は複数の前記圧電振動子を選択的に駆動することが好ましい。
[形態5]前記振動部材は、通気孔を備えることが好ましい。
[形態6]上記第2の視点に係る電子機器の通りである。
[形態7]上記第3の視点に係る電気音響変換器の製造方法の通りである。
[形態8]前記電気音響変換器の製造方法において、隣接する前記積層圧電振動子ユニット内部の前記振動部材の配置順序に対して、反転して、前記振動部材を配置する工程を含むことが好ましい。
[形態9]前記電気音響変換器の製造方法において、前記積層圧電振動子ユニット内部に、少なくとも剛性、又は厚みのいずれか一が夫々異なる前記振動部材を積層する工程を含むことが好ましい。
[形態10]前記電気音響変換器の製造方法において、前記振動部材に通気孔を形成する工程を含むことが好ましい。
以下に具体的な実施の形態について、図面を参照してさらに詳しく説明する。
[第1の実施形態]
第1の実施形態について、図面を用いてより詳細に説明する。
第1の実施形態について、図面を用いてより詳細に説明する。
まず、本実施形態に係る電気音響変換器1の基本構造について説明する。
図2は、本実施形態に係る電気音響変換器1の一例を示す断面側面図である。なお、図2は、簡単のため、本実施形態に係る電気音響変換器1に関係する部材を主に記載する。
電気音響変換器1は、例えば、スピーカ装置として使用される。スピーカ装置としては、パラメトリックスピーカであってもよい。電気音響変換器1をパラメトリックスピーカとして用いる場合、圧電振動子10は、20kHz以上の超音波を発振することが好ましい。その場合、パラメトリックスピーカは、超音波を搬送波として、音声信号を伝播する。そして、パラメトリックスピーカは、変調した超音波を大気中に放射することで、空気中の非線形現象に伴う衝突波を誘発し、復調音波を再生する。
さらに、圧電振動子10が直進性の高い超音波を発振することによって、指向性の高い音場を形成することができる。その結果、本実施形態に係る電気音響変換器1は、ユーザ近傍を中心として音波を放射することができる。
電気音響変換器1は、例えば、スマートフォン、携帯電話、ゲーム機、タブレットPC(Personal Computer)、ノートPC、PDA(Personal Data Assistants;携帯情報端末)等の音源であることが好ましい。
圧電振動子10は、厚さ方向に分極された圧電体21から構成され、振動部材20に拘束される。そして、圧電振動子10は、電界の印加により揺動して音波を発振する。そのため、電気音響変換器1を備える電子機器は、圧電体21に印加する電気信号を生成する、発振回路(図示せず)を備えることが好ましい。
電気音響変換器1は、圧電振動子10の振動方向に交差する方向に、並列に配置した積層圧電振動子ユニット11を備える。積層圧電振動子ユニット11は、複数の圧電振動子10と、フレーム12と、を含んで構成される。各圧電振動子10は、面状の振動部材20に拘束して配置される。そして、圧電振動子10は、積層圧電振動子ユニット11の内部で、圧電振動子10の振動方向に沿って、所定の空間をもって層状に積層して配置される。さらに、積層された圧電振動子10は、振動部材20の縁を支持するフレーム12を介して保持される。
隣接する積層圧電振動子ユニット11は、振動部材20と圧電振動子10の配置を反転してもよい。例えば、振動部材20の上面に圧電振動子10を拘束した場合、平面上で隣接する積層圧電振動子ユニット11において、圧電振動子10は、振動部材20の下面に拘束してもよい。あるいは、振動部材20の両主面に、圧電振動子10を配置しても良い。
図3は、圧電振動子10の一例を示す断面側面図である。図3は、簡単のため、本実施形態に係る圧電振動子10に関係する部材を主に記載する。
圧電体21は、両主面に電極22が拘束されている。つまり、圧電体21は、厚さ方向に分極している。圧電体21を構成する材料は、圧電効果を備える材料であり、無機材料、有機材料のいずれであってもよい。例えば、ジルコン酸チタン酸鉛、チタン酸バリウム等の圧電セラミックであってもよい。なお、圧電体21に好ましい材料は各種あり、その詳細は問わない。
また、電極22を構成する材料は限定されないが、例えば、銀、銀/パラジウムであってもよい。銀は、電気抵抗率が低く、汎用的な電極材料として使用されている。銀/パラジウムは、電気抵抗率が低く、さらに対酸化性に優れている。なお、電極22に好ましい材料は各種あるが、その詳細は問わない。
ところで、上述の通り、圧電体21は圧電セラミックが好ましいが、圧電セラミックは脆性である。そのため、圧電体21を圧電セラミックで構成する場合、圧電体21の形状の変更は困難である。そこで、圧電体21を拘束する振動部材20の厚み、材質等を変更し、共振周波数を変更することが好ましい。
振動部材20は、圧電体21に対して剛性が高い材料が好ましい。振動部材20の剛性が低すぎる場合や、高すぎる場合は、機械振動子としての特性や信頼性を損なう可能性がある。例えば、振動部材20は、リン青銅やステンレス等の金属材料であってもよい。または、振動部材は、金属材料と樹脂との複合材料であってもよい。振動部材20を、金属材料と樹脂との複合材料にすることによって、振動部材20の剛性を調整できる。振動部材20に好ましい材料は各種あり、その詳細は問わない。
図4は、積層圧電振動子ユニット11の基本構造の一例を示す斜視図である。
フレーム12を構成する材料は、剛性の高い材料であれば、限定されない。フレーム12を構成する材料は、金属材料、有機材料等であってもよい。例えば、フレーム12を構成する材料は、ステンレス、真鍮等であっても良い。
また、振動部材20は、通気孔13を備えることが好ましい。各圧電振動子10から発振された音波は、通気孔13を介して、大気に放射される。具体的には、隣接する圧電振動子10の発振方向前方に配置される振動部材20は、通気孔13を備えることが好ましい。ここで、通気孔13の位置、面積、数は問わない。好適には、各振動部材20において、通気孔13の総面積が、振動部材20の面積の10%程度であることが好ましい。
また、積層圧電振動子ユニット11は、少なくとも剛性、又は厚みのいずれか一が夫々異なる振動部材20を含むことが好ましい。振動部材20の厚みが厚いほど、振動部材20の共振周波数は高くなる。また、振動部材20の剛性が高いほど、振動部材20の共振周波数は高くなる。そこで、所望の共振周波数となるように、振動部材20の厚み、剛性を調整することが好ましい。
図5は、圧電体21、及び振動部材20の構造を比較する一例を示す図である。図5(a)は、図5に示す本実施形態に係る電気音響変換器1の構造の一例を示す図である。一方、図5(b)は、圧電振動子10を、積層しない電気音響変換器3の構造の一例を示す図である。以下の説明では、図5(a)に示す、電気音響変換器1の構造を、「本実施形態に係る構造」と呼ぶ。一方、図5(b)に示す、電気音響変換器3の構造を「比較形態に係る構造」と呼ぶ。
図5(a)に示すように、本実施形態に係る構造においては、振動部材20に拘束された圧電体21を、圧電振動子10の振動方向に沿って、3層積層する。一方、比較形態に係る構造においては、長さを変更した圧電振動子10を、平面上に配置する。具体的には、圧電振動子10aは、本実施形態に係る構造において、振動部材20の上面に圧電振動子10を拘束した場合の、最下段の圧電振動子10に相当する。また、圧電振動子10bは、本実施形態に係る構造において、2段目の圧電振動子10に相当する。そして、圧電振動子10cは、振動部材20の上面に圧電振動子10を拘束した場合の、最上段の圧電振動子10に相当する。
また、図6は、本実施形態に係る構造、及び比較形態に係る構造に示す構造について、周波数と音圧レベルの測定結果の一例を示す図である。なお、図6において、本実施形態に係る構造と、比較形態に係る構造において、共通する部材の物性値は同一であるとする。さらに、図6において、本実施形態に係る構造と、比較形態に係る構造において、温度等を含む測定条件は同一であるとする。
上述の通り、本実施形態に係る構造、及び比較形態に係る構造は、3種類の形状(長さ)の圧電振動子10を含む。そのため、図6に示すように、本実施形態に係る構造、及び比較形態に係る構造においては、3つの周波数において、音圧がピーク値となっている。具体的には、図6の場合、本実施形態に係る構造、及び比較形態に係る構造ともに、約35kHz、約60kHz、約90kHzにおいて、音圧がピーク値となっている。
ここで、図6に示す周波数帯全体において、本実施形態に係る構造は、比較形態に係る構造より高い音圧値が測定されている。従って、図6に示すように、本実施形態に係る構造は、高い音圧の音波を発振できる。なお、図6は、本実施形態に係る構造と、比較形態に係る構造の比較の一例を示す図である。そのため、音圧がピーク値となる周波数、音圧値等は、各部材の形状、物性、測定条件等に応じて変動することは勿論である。
本実施形態に係る電気音響変換器1の第1の効果は、広帯域の音波を放射することに貢献することである。なぜなら、本実施形態に係る電気音響変換器1においては、圧電振動子の振動方向に沿って、所定の空間をもって層状に積層して、圧電振動子を配置する。さらに、本実施形態に係る電気音響変換器1は、共振周波数の異なる圧電振動子を備える。そのため、本実施形態に電気音響変換器1は、複数の超音波を搬送波として、音声信号を復調することができる。そのため、本実施形態に係る電気音響変換器1は、復調音の帯域を拡張し、広帯域の音波を放射することに貢献する。
本実施形態に係る電気音響変換器1の第2の効果は、放射される音波の指向性低下を抑制することに貢献することである。なぜなら、本実施形態に係る電気音響変換器1は、複数の圧電振動子を備える。そして、本実施形態に係る電気音響変換器1は、選択的に圧電振動子を駆動できる。そのため、本実施形態に係る電気音響変換器1は、選択的に圧電振動子を駆動することによって、特定方向に音場を形成できる。従って、本実施形態に係る電気音響変換器1は、放射される音波の指向性低下を抑制することに貢献する。
なお、引用した上記の特許文献の各開示は、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示(請求の範囲を含む)の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の示要素(各請求項の各要素、各実施形態ないし実施例の各要素、各図面の各要素等を含む)の多様な組み合わせ、ないし、選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。特に、本書に記載した数値範囲については、当該範囲内に含まれる任意の数値ないし小範囲が、別段の記載のない場合でも具体的に記載されているものと解釈されるべきである。
1、3、100 電気音響変換器
2 電子機器
10、10a、10b、10c、102 圧電振動子
11、101 積層圧電振動子ユニット
12、104 フレーム
13 通気孔
20、103 振動部材
21 圧電体
22 電極
2 電子機器
10、10a、10b、10c、102 圧電振動子
11、101 積層圧電振動子ユニット
12、104 フレーム
13 通気孔
20、103 振動部材
21 圧電体
22 電極
上述の通り、携帯電話等の電子機器において、パラメトリックスピーカの利用が期待されている。ここで、パラメトリックスピーカは、高音質の出力を実現するために、広帯域の超音波を発信することが求められる。さらに、携帯電話等の電子機器にパラメトリックスピーカを搭載する場合、パラメトリックスピーカの小型化が求められる。
さらに、電気音響変換器が複数の圧電振動子を備える場合、各圧電振動子から発信される超音波が干渉する恐れがある。つまり、電気音響変換器が複数の圧電振動子を備える場合、指向性が低下する恐れがある。
特許文献1乃至3において開示された技術では、圧電振動子から発信される超音波が干渉する可能性が高い。そのため、圧電振動子の数が増加するほど、放射される音波の指向性が低下する恐れがある。
上述の通り、パラメトリックスピーカは、高音質の出力を実現するために、広帯域の超音波を発信することが求められる。しかし、圧電振動子の数が増加すると、放射される音波の指向性が低下する恐れがある。従って、広帯域の音波を放射することに貢献し、放射される音波の指向性低下を抑制することに貢献する電気音響変換器が、望まれる。
圧電振動子102は、電界の印加により揺動して音波を発信する。ここで、積層圧電振動子ユニット101は、共振周波数の異なる複数の圧電振動子102を含む。従って、異なる共振周波数の圧電振動子102から発信された超音波を復調することによって、復調される可聴音の帯域を拡張できる。
例えば、積層圧電振動子ユニット101は、夫々異なる長さの圧電振動子102を含んでもよい。圧電振動子102の発信する音波の共振周波数と、圧電振動子102の長さは反比例の関係にある。そのため、各圧電振動子102の長さを変更することによって、各圧電振動子102の共振周波数を変更できる。
[形態3]前記積層圧電振動子ユニットは、少なくとも剛性、及び厚みのいずれか一が夫々異なる前記振動部材を備えることが好ましい。
[形態9]前記電気音響変換器の製造方法において、前記積層圧電振動子ユニット内部に、少なくとも剛性、及び厚みのいずれか一が夫々異なる前記振動部材を積層する工程を含むことが好ましい。
電気音響変換器1は、例えば、スピーカ装置として使用される。スピーカ装置としては、パラメトリックスピーカであってもよい。電気音響変換器1をパラメトリックスピーカとして用いる場合、圧電振動子10は、20kHz以上の超音波を発信することが好ましい。その場合、パラメトリックスピーカは、超音波を搬送波として、音声信号を伝播する。そして、パラメトリックスピーカは、変調した超音波を大気中に放射することで、空気中の非線形現象に伴う衝突波を誘発し、復調音波を再生する。
圧電振動子10は、厚さ方向に分極された圧電体21から構成され、振動部材20に拘束される。そして、圧電振動子10は、電界の印加により揺動して音波を発信する。そのため、電気音響変換器1を備える電子機器は、圧電体21に印加する電気信号を生成する、発振回路(図示せず)を備えることが好ましい。
また、振動部材20は、通気孔13を備えることが好ましい。各圧電振動子10から発信された音波は、通気孔13を介して、大気に放射される。具体的には、隣接する圧電振動子10の発振方向前方に配置される振動部材20は、通気孔13を備えることが好ましい。ここで、通気孔13の位置、面積、数は問わない。好適には、各振動部材20において、通気孔13の総面積が、振動部材20の面積の10%程度であることが好ましい。
ここで、図6に示す周波数帯全体において、本実施形態に係る構造は、比較形態に係る構造より高い音圧値が測定されている。従って、図6に示すように、本実施形態に係る構造は、高い音圧の音波を発信できる。なお、図6は、本実施形態に係る構造と、比較形態に係る構造の比較の一例を示す図である。そのため、音圧がピーク値となる周波数、音圧値等は、各部材の形状、物性、測定条件等に応じて変動することは勿論である。
Claims (10)
- 振動方向に沿って、所定の空間をもって層状に積層して配置された、共振周波数の異なる複数の圧電振動子と、
前記各圧電振動子を拘束する振動部材と、
前記振動部材の縁を支持するフレームと、
を備える積層圧電振動子ユニットを、前記振動方向に交差する方向に、並列に配置し、
前記振動部材は、前記振動方向に沿って、順に面積が拡大又は縮小するように、所定の空間をもって層状に積層して配置される電気音響変換器。 - 前記振動部材は、隣接する前記積層圧電振動子ユニット内部の前記振動部材の配置順序に対して、反転して配置される請求項1に記載の電気音響変換器。
- 前記積層圧電振動子ユニットは、少なくとも剛性、又は厚みのいずれか一が夫々異なる前記振動部材を備える請求項1又は2に記載の電気音響変換器。
- 前記圧電振動子のうち、一又は複数の前記圧電振動子を選択的に駆動する請求項1乃至3のいずれか一に記載の電気音響変換器。
- 前記振動部材は、通気孔を備える請求項1乃至4のいずれか一に記載の電気音響変換器。
- 請求項1乃至5のいずれか一に記載の電気音響変換器を搭載し、前記圧電振動子を20kHz以上の周波数の超音波を放射するよう発振させる電子機器。
- 圧電振動子と、前記圧電振動子を拘束する振動部材と、を備える電気音響変換器の製造方法であって、
共振周波数の異なる前記複数の圧電振動子を、振動方向に沿って、所定の空間をもって層状に積層して配置する工程と、
積層された前記圧電振動子と、前記振動部材と、を備える積層圧電振動子ユニットを前記振動方向に交差する方向に、並列に配置する工程と、
前記積層圧電振動子ユニット内部に、前記振動方向に沿って、順に面積が拡大又は縮小するように、所定の空間をもって層状に積層して配置する工程と、
を含む電気音響変換器の製造方法。 - 隣接する前記積層圧電振動子ユニット内部の前記振動部材の配置順序に対して、反転して、前記振動部材を配置する工程を含む請求項7に記載の電気音響変換器の製造方法。
- 前記積層圧電振動子ユニット内部に、少なくとも剛性、又は厚みのいずれか一が夫々異なる前記振動部材を積層する工程を含む請求項7又は8に記載の電気音響変換器の製造方法。
- 前記振動部材に通気孔を形成する工程を含む請求項7乃至9のいずれか一に記載の電気音響変換器の製造方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012264526 | 2012-12-03 | ||
JP2012264526 | 2012-12-03 | ||
PCT/JP2013/082326 WO2014087961A1 (ja) | 2012-12-03 | 2013-12-02 | 電気音響変換器、その製造方法、及びその電気音響変換器を用いた電子機器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2014087961A1 true JPWO2014087961A1 (ja) | 2017-01-05 |
Family
ID=50883378
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014551089A Pending JPWO2014087961A1 (ja) | 2012-12-03 | 2013-12-02 | 電気音響変換器、その製造方法、及びその電気音響変換器を用いた電子機器 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9510104B2 (ja) |
EP (1) | EP2928208A4 (ja) |
JP (1) | JPWO2014087961A1 (ja) |
CN (1) | CN104919817A (ja) |
WO (1) | WO2014087961A1 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3558549B1 (en) * | 2016-12-22 | 2024-02-14 | Koninklijke Philips N.V. | Systems and methods of operation of capacitive radio frequency micro-electromechanical switches |
JP6618938B2 (ja) * | 2017-02-10 | 2019-12-11 | 株式会社東芝 | トランスデューサおよびトランスデューサアレイ |
KR20200114914A (ko) * | 2019-03-29 | 2020-10-07 | 엘지디스플레이 주식회사 | 플렉서블 진동 모듈 및 이를 포함하는 표시 장치 |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4401857A (en) * | 1981-11-19 | 1983-08-30 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Multiple speaker |
JPS6348479A (ja) | 1986-08-19 | 1988-03-01 | Mitsubishi Electric Corp | Icテスト装置 |
US4985926A (en) * | 1988-02-29 | 1991-01-15 | Motorola, Inc. | High impedance piezoelectric transducer |
US4996713A (en) * | 1989-09-25 | 1991-02-26 | S. Eletro-Acustica S.A. | Electroacoustic piezoelectric transducer having a broad operating range |
JPH0993696A (ja) | 1995-09-21 | 1997-04-04 | Yamaha Corp | 電気音響変換器 |
JP4683256B2 (ja) * | 2001-08-10 | 2011-05-18 | 株式会社フコク | 超音波霧化装置 |
WO2010131540A1 (ja) * | 2009-05-11 | 2010-11-18 | 日本電気株式会社 | 圧電アクチュエータおよび音響部品 |
CN102668598B (zh) * | 2009-12-15 | 2015-03-04 | 日本电气株式会社 | 致动器、压电致动器、电子装置,和用于衰减振动并且转换振动方向的方法 |
JP5527083B2 (ja) * | 2010-07-23 | 2014-06-18 | 日本電気株式会社 | 発振装置 |
JPWO2012060041A1 (ja) | 2010-11-01 | 2014-05-12 | 日本電気株式会社 | 発振装置及び携帯装置 |
-
2013
- 2013-12-02 CN CN201380062977.XA patent/CN104919817A/zh active Pending
- 2013-12-02 JP JP2014551089A patent/JPWO2014087961A1/ja active Pending
- 2013-12-02 US US14/647,899 patent/US9510104B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2013-12-02 WO PCT/JP2013/082326 patent/WO2014087961A1/ja active Application Filing
- 2013-12-02 EP EP13859861.0A patent/EP2928208A4/en not_active Withdrawn
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP2928208A4 (en) | 2016-07-06 |
CN104919817A (zh) | 2015-09-16 |
US9510104B2 (en) | 2016-11-29 |
WO2014087961A1 (ja) | 2014-06-12 |
EP2928208A1 (en) | 2015-10-07 |
US20150304780A1 (en) | 2015-10-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102986249B (zh) | 振荡器和电子设备 | |
EP2597892A1 (en) | Vibration device | |
JP4761459B2 (ja) | 圧電振動ユニット及び圧電式スピーカ | |
JP6053827B2 (ja) | 音響発生器およびそれを用いた電子機器 | |
WO2012060041A1 (ja) | 発振装置及び携帯装置 | |
WO2014087961A1 (ja) | 電気音響変換器、その製造方法、及びその電気音響変換器を用いた電子機器 | |
JP6156387B2 (ja) | 電気音響変換器、その製造方法、及びその電気音響変換器を用いた電子機器 | |
JP5527083B2 (ja) | 発振装置 | |
JP5637211B2 (ja) | 発振装置 | |
JP2014123812A (ja) | 音響発生器、音響発生装置および電子機器 | |
JP2012029078A (ja) | 発振装置 | |
JP5516180B2 (ja) | 発振装置及び電子機器 | |
JP2012029104A (ja) | 発振装置および電子機器 | |
JP5505165B2 (ja) | 発振装置 | |
JP2012029105A (ja) | 発振装置 | |
JP2014086753A (ja) | 電気音響変換器、その製造方法、及びその電気音響変換器を用いた電子機器 | |
JP2014233027A (ja) | 圧電型電気音響変換器及び電子機器 | |
WO2013114498A1 (ja) | 電気音響変換器及び電子機器 | |
JP2012217037A (ja) | 電子機器 | |
JP2014160914A (ja) | 圧電型電気音響変換器及びそれを用いた電子機器 | |
JP2012029086A (ja) | 電子機器 | |
JP2012134599A (ja) | 発振装置および電子機器 | |
JP2012015764A (ja) | 発振装置 | |
JP2014233026A (ja) | 圧電型電気音響変換器及び電子機器 |