JP2014147005A - 電気音響変換器及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】共振特性を制御できる電気音響変換器を提供すること。
【解決手段】圧電体基板１２上に振動板１３が接合した圧電振動子２と、圧電体基板１２と台座１０上との間に配されるとともに、機械加工可能な材料よりなり、かつ、圧電体基板１２及び台座１０のそれぞれと直接接合した複数の支持部材１１と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気音響変換器及び電子機器に関する。

従来の電気音響変換器１０１においては、圧電体基板１２上に金属製の振動板１３を接合した圧電振動子２（超音波振動子）を有し、振動板１３上に装着又は接着されたコーン状の振動子１４を有するものがある（図６参照）。このような圧電振動子２では、圧電体基板１２に電気を印加することで屈曲運動をする。振動子１４は、振動板１３の法線方向の変位が最大になる中心に取付けられることで、圧電振動子２のみより音波の放射が効率的に行なえる。

また、このような圧電振動子２のコンダクタンス値は、振動変位にほぼ比例していることから、コンダクタンス値が大きくなることで音量が高くなる。圧電振動子２は、コンダクタンス値が高く、共振周波数の帯域が狭いため、アレイ化する際、共振周波数を合わせて出力が集中するように設定される。

さらに、このような圧電振動子２は、圧電体基板１２側の面にて、台座１０に固定（接合又は一体化でも可）された樹脂よりなる支持部材２０の先端部に弾性接着剤２１を介して接着されている（例えば、特許文献１、２参照）。このような弾性接着剤２１及び支持部材２０の構成によって、圧電振動子２の振動が弾性接着剤２１で吸収されて、圧電振動子２から台座１０への振動伝達が抑えられる。

特開平５−２９２５９７号公報 特開２００８−６０６４８号公報

以下の分析は、本願発明者により与えられる。

しかしながら、従来の電気音響変換器１０１においては、支持部材２０と圧電振動子２とは、弾性接着剤２１を介して接着されているため、弾性接着剤２１の塗布量、塗布位置、塗布面積の制御が難しく、共振特性を制御することが困難である。

本発明の主な課題は、共振特性を制御できる電気音響変換器を提供することである。

本発明の第１の視点においては、電気音響変換器において、圧電体基板上に振動板が接合した圧電振動子と、前記圧電体基板と所定の部材上との間に配されるとともに、機械加工可能な材料よりなり、かつ、前記圧電体基板及び前記所定の部材のそれぞれと直接接合した複数の支持部材と、を備えることを特徴とする。

本発明の第２の視点においては、電子装置において、前記電気音響変換器が実装されることを特徴とする。

本発明によれば、支持部材にゴム又は樹脂を使用し、支持部材と圧電振動子とを直接接合させることで、機械加工で支持部材を正確に加工できるようになり、圧電振動子と支持部材との接合位置、接合面積の制御が可能となり、共振特性の制御が可能となる。

本発明の実施形態１に係る電気音響変換器の構成を模式的に示した断面図である。 圧電振動子のサンプリング周波数とコンダクタンスの関係を示した図である。 本発明の実施形態１に係る電気音響変換器における圧電振動子の端部と支持部材の端部との間隔ａによる電気特性（サンプリング周波数及び機械的品質係数並びにコンダクタンス）の変化を示した図である。 本発明の実施形態１に係る電気音響変換器における圧電振動子の屈曲運動時の状態を模式的に示した図であり、（Ａ）間隔ａ＝０ｍｍのときの図、（Ｂ）間隔ａ＝２ｍｍのときの図である。 本発明の実施形態２に係る電気音響変換器の構成を模式的に示した断面図である。 従来例に係る電気音響変換器の構成を模式的に示した断面図である。

［実施形態１］
本発明の実施形態に係る電気音響変換器について図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施形態１に係る電気音響変換器の構成を模式的に示した断面図である。図２は、圧電振動子のサンプリング周波数とコンダクタンスの関係を示した図である。

電気音響変換器１は、圧電の電歪効果を利用して振動振幅を発生させる圧電型の電気音響変換器である。電気音響変換器１は、例えば、携帯電話機、スマートフォン等の携帯型の電子機器に実装される。電気音響変換器１は、台座１０と、支持部材１１と、圧電振動子２と、振動子１４と、を有する。

台座１０は、圧電振動子２を支持する基礎となる部材である。台座１０には、例えば、樹脂、金属を用いることができる。台座１０には、例えば、直方体（円盤でも可）に形成したものとすることができ、ケースとしてもよい。台座１０は、圧電振動子２側の面の所定の位置にて、複数の支持部材１１が接合している。

支持部材１１は、台座１０と圧電振動子２とを所定の間隔をおいて圧電振動子２を支持するための部材である。支持部材１１には、例えば、樹脂、ゴム等の機械加工（例えば、熱成形）で正確に加工することが可能で、かつ、圧電体基板１２と接合可能な材料を用いることができる。支持部材１１には、例えば、円柱状又は角柱状に形成されたものを用いることができる。このような材料及び形状とすることで、支持部材１１の寸法精度が向上し、接合面積及び接合位置の安定化が図れる。支持部材１１は、台座１０と圧電振動子２との間の所定の位置に複数個（例えば、２〜４個）配置される。支持部材１１は、台座１０及び圧電振動子２のそれぞれと直接接合（接着剤を用いずに接合）している。支持部材１１は、圧電振動子２が屈曲運動した時に弾性変形する。支持部材１１は、台座１０と同じ材料であれば、台座１０と一体になっていてもよい。

圧電振動子２は、圧電体基板１２上に振動板１３を接合（接着でも可）した圧電型の振動子である。圧電振動子２は、上方から見て矩形状（円形でも可）に形成されている。圧電振動子２は、台座１０側の面の所定の位置（例えば、図３のように四隅近傍）に複数の支持部材１１と接合しており、支持部材１１を介して台座１０に支持されている。圧電振動子２は、コンダクタンス値が高く、共振周波数の帯域が狭い（図２参照）ため、アレイ化する際、共振周波数を合わせて出力が集中するように設定される。

圧電体基板１２は、圧電材料よりなる基板である。圧電体基板１２には、例えば、板状に形成された圧電セラミックス、有機圧電材料等の圧電材料を用いることができる。圧電体基板１２は、振動板１３側の面にて穴１３ａを除き振動板１３と接合（接着でも可）している。圧電体基板１２は、台座１０側の面の所定の位置にて複数の支持部材１１と接合しており、支持部材１１を介して台座１０に支持されている。圧電体基板１２は、上方から見て矩形状（円形でも可）に形成されている。圧電体基板１２は、リード線（図示せず）と電気的に接続されており、圧電体基板１２及び振動板１３に電気信号が印加されることにより、電歪効果により振動を発生し、振幅運動を発生し、音波を放射する。圧電体基板１２のリード線接続部分では、金属膜を介してリード線と接続されていてもよい。

振動板１３は、金属製の板状の部材である。振動板１３は、圧電体基板１２側の面にて圧電体基板１２と接合（接着でも可）している。振動板１３は、振動子１４側の面にて振動子１４のコーン部１４ａの円錐面と離れている。振動板１３は、中央に貫通した穴１３ａ（有底の穴でも可）を有する。穴１３ａには、振動子１４の突起部１４ｂが挿入（挿嵌、圧入でも可）して取り付けられる。振動板１３は、リード線（図示せず）と電気的に接続されており、当該リード線からの電気信号を圧電体基板１２に印加させる役割を持つ。振動板１３には、導電性を有し、かつ、振動板として機能する金属材料（合金等の金属系材料を含む）が用いられ、例えば、銀、リン青銅、ステンレス材料等の金属板を用いることができる。

振動子１４は、振動板１３に取り付けられる金属製の部材である。振動子１４は、コーン状（円錐状）に形成されたコーン部１４ａを有する。コーン部１４ａは、圧電振動子２側に突出した円錐面を有する。コーン部１４ａにおける円錐面に対する反対側の面は、平坦（凹部、前記円錐面に沿った円錐面でも可）となっている。振動子１４は、コーン部１４ａの圧電振動子２側の面の中央部から圧電振動子２側に突出した突起部１４ｂを有する。突起部１４ｂは、振動板１３の穴１３ａに挿入（挿嵌、圧入でも可）して取り付けられる。

次に、本発明の実施形態に係る電気音響変換器の動作及び電気特性について図面を用いて説明する。図３は、本発明の実施形態１に係る電気音響変換器における圧電振動子の端部と支持部材の端部との間隔ａによる電気特性（サンプリング周波数及び機械的品質係数並びにコンダクタンス）の変化を示した図である。図４は、本発明の実施形態１に係る電気音響変換器における圧電振動子の屈曲運動時の状態を模式的に示した図であり、（Ａ）間隔ａ＝０ｍｍのときの図、（Ｂ）間隔ａ＝２ｍｍのときの図である。

図４に示すように電気音響変換器１における圧電振動子２は、電気を印加することで屈曲運動をする。支持持材１１の取付位置による電気特性の変化を図３に示す。下方から見て、矩形状に形成された支持持材１１を、矩形状に形成された圧電振動子２の四隅付近にて圧電振動子２の各辺から間隔ａとなるように取り付けた場合、支持持材１１の取付位置によっては、サンプリング周波数Ｆｓは４６．２〜４７．５ｋＨｚとそれほど変動しないが、機械的品質係数Ｑｍ及びコンダクタンスは間隔ａが大きくなるにしたがい大きくすることができる。そのため、支持持材１１の取付位置によって機械的品質係数Ｑｍ及びコンダクタンスＧの調整が可能であり、品質の向上が図れる。支持部材１１は、取付位置により屈曲運動に影響を与え、間隔ａが大きくなるにしたがい圧縮が小さくなる（図４参照）。

実施形態１によれば、支持部材１１にゴム又は樹脂を使用し、支持部材１１と圧電振動子２とを直接接合させることで、機械加工で支持部材１１を正確に加工・成形できるようになり、圧電振動子２と支持部材１１との接合位置、接合面積の制御が可能となり、共振特性の制御が可能となる。また、圧電振動子２の音響、電気特性の調整が可能になる。さらに、安定した構造になり、共振周波数や電気特性の安定化が可能となり、信頼性を向上させることができる。

［実施形態２］
次に、本発明の実施形態に係る電気音響変換器について図面を用いて説明する。図５は、本発明の実施形態２に係る電気音響変換器の構成を模式的に示した断面図である。

実施形態２は、支持部材１５の形状を球形にしたものである。その他の構成は、実施形態１と同様である。

実施形態２によれば、実施形態１と同様な効果を奏する。

なお、本出願において図面参照符号を付している場合は、それらは、専ら理解を助けるためのものであり、図示の態様に限定することを意図するものではない。

なお、本発明の全開示（請求の範囲及び図面を含む）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開示要素（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、請求の範囲及び図面を含む全開示、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。

（付記）
本発明の第１の視点においては、電気音響変換器において、圧電体基板上に振動板が接合した圧電振動子と、前記圧電体基板と所定の部材上との間に配されるとともに、機械加工可能な材料よりなり、かつ、前記圧電体基板及び前記所定の部材のそれぞれと直接接合した複数の支持部材と、を備えることを特徴とする。

本発明の前記電気音響変換器において、前記支持部材の材料は、ゴム又は樹脂であることが好ましい。

本発明の前記電気音響変換器において、前記支持部材は、上方から見て多角形となっていることが好ましい。

本発明の前記電気音響変換器において、前記支持部材は、球形となっていることが好ましい。

本発明の前記電気音響変換器において、前記支持部材の個数は、２個以上４個以下であることが好ましい。

本発明の前記電気音響変換器において、前記圧電振動子は、下方から見て矩形状となっていることが好ましい。

本発明の前記電気音響変換器において、前記支持部材は、下方から見て前記圧電振動子の四隅付近にて前記圧電振動子の各辺から所定の間隔をおいて配されていることが好ましい。

本発明の前記電気音響変換器において、前記振動板は、前記圧電体基板に通ずる穴を有し、前記穴に装着された振動子を有することが好ましい。

本発明の前記電気音響変換器において、前記振動子は、前記振動板と対向する面に前記振動板側に突出したコーン状に形成されたコーン部を有するとともに、前記コーン部の中央部から前記振動板側に突出した突起部を有し、前記突起部は、前記穴に挿入されて装着されることが好ましい。

本発明の第２の視点においては、電子機器において、前記電気音響変換器が実装されることを特徴とする。

１、１０１ 電気音響変換器
２ 圧電振動子
１０ 台座
１１、１５ 支持部材
１２ 圧電体基板
１３ 振動板
１３ａ 穴
１４ 振動子
１４ａ コーン部
１４ｂ 突起部
２０ 支持部材
２１ 弾性接着剤

Claims (10)

1. 圧電体基板上に振動板が接合した圧電振動子と、
   前記圧電体基板と所定の部材上との間に配されるとともに、機械加工可能な材料よりなり、かつ、前記圧電体基板及び前記所定の部材のそれぞれと直接接合した複数の支持部材と、
   を備えることを特徴とする電気音響変換器。
2. 前記支持部材の材料は、ゴム又は樹脂であることを特徴とする請求項１記載の電気音響変換器。
3. 前記支持部材は、上方から見て多角形となっていることを特徴とする請求項１又は２記載の電気音響変換器。
4. 前記支持部材は、球形となっていることを特徴とする請求項１又は２記載の電気音響変換器。
5. 前記支持部材の個数は、２個以上４個以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載の電気音響変換器。
6. 前記圧電振動子は、下方から見て矩形状となっていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一に記載の電気音響変換器。
7. 前記支持部材は、下方から見て前記圧電振動子の四隅付近にて前記圧電振動子の各辺から所定の間隔をおいて配されていることを特徴とする請求項６記載の電気音響変換器。
8. 前記振動板は、前記圧電体基板に通ずる穴を有し、
   前記穴に装着された振動子を有することを特徴とする請求項１乃至７に記載の電気音響変換器。
9. 前記振動子は、前記振動板と対向する面に前記振動板側に突出したコーン状に形成されたコーン部を有するとともに、前記コーン部の中央部から前記振動板側に突出した突起部を有し、
   前記突起部は、前記穴に挿入されて装着されることを特徴とする請求項８記載の電気音響変換器。
10. 請求項１乃至９のいずれか一に記載の電気音響変換器が実装されることを特徴とする電子装置。

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