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WO2012132261A1 - 発振装置、および電子機器 - Google Patents

発振装置、および電子機器 Download PDF

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WO2012132261A1
WO2012132261A1 PCT/JP2012/001603 JP2012001603W WO2012132261A1 WO 2012132261 A1 WO2012132261 A1 WO 2012132261A1 JP 2012001603 W JP2012001603 W JP 2012001603W WO 2012132261 A1 WO2012132261 A1 WO 2012132261A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
oscillation device
piezoelectric
oscillation
piezoelectric vibrator
bent
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.)
Ceased
Application number
PCT/JP2012/001603
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
康晴 大西
黒田　淳
元喜 菰田
岸波　雄一郎
重夫 佐藤
行雄 村田
信弘 川嶋
内川　達也
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Casio Mobile Communications Ltd
Original Assignee
NEC Casio Mobile Communications Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Casio Mobile Communications Ltd filed Critical NEC Casio Mobile Communications Ltd
Priority to US14/008,383 priority Critical patent/US9252711B2/en
Priority to JP2013507125A priority patent/JP6024655B2/ja
Priority to CN201280015185.2A priority patent/CN103444207B/zh
Priority to EP12763576.1A priority patent/EP2693771B1/en
Publication of WO2012132261A1 publication Critical patent/WO2012132261A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B28/00—Generation of oscillations by methods not covered by groups H03B5/00 - H03B27/00, including modification of the waveform to produce sinusoidal oscillations
    • 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
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to an oscillation device having a piezoelectric vibrator and an electronic device.
  • piezoelectric electroacoustic transducer as an electroacoustic transducer mounted on an electronic device.
  • Piezoelectric electroacoustic transducers generate vibration amplitude by utilizing the expansion and contraction generated by applying an electric field to a piezoelectric vibrator.
  • Piezoelectric electroacoustic transducers do not require a large number of members in order to generate vibration amplitude, and are advantageous for thinning.
  • Examples of techniques related to piezoelectric electroacoustic transducers include those described in Patent Documents 1 and 2.
  • the technique described in Patent Document 1 is to join a piezoelectric element and a vibration film via a vibration transmitting member having elasticity.
  • the technique described in Patent Document 2 is to provide piezoelectric bodies separated from each other on a support.
  • Patent Documents 3 and 4 describe techniques related to an ultrasonic probe using a piezoelectric element.
  • the technique described in Patent Document 5 is to embed a damper material in a groove formed in a piezoelectric ceramic body.
  • the technique described in Patent Document 6 relates to a piezoelectric actuator, and is to form an overhanging portion in contact with an elastic member and a moving element.
  • the technique described in Patent Document 7 is to make a vibrating electrode provided on two main surfaces of a piezoelectric element pressed and conductive without applying a conductive paste.
  • Patent Document 8 describes a method for manufacturing a piezoelectric actuator.
  • the piezoelectric electroacoustic transducer is configured by, for example, arranging a plurality of oscillation devices having piezoelectric vibrators in an array. In this case, characteristic variations may occur between the plurality of piezoelectric vibrators. Thereby, the acoustic characteristic of an electronic device deteriorates. Therefore, it is required to suppress the characteristic variation between the piezoelectric vibrators and improve the acoustic characteristics of the electronic device.
  • An object of the present invention is to improve the acoustic characteristics of an electronic device.
  • the piezoelectric body having a plurality of first protrusions on one surface; A plurality of first electrode layers provided separately from each other on each of the plurality of first protrusions; A plurality of second electrode layers provided on the other surface opposite to the one surface of the piezoelectric body so that each of them faces only one of the first electrode layers; An oscillation device is provided.
  • the piezoelectric vibrator the vibration member that constrains the piezoelectric vibrator on one surface and has an end bent to the one surface side or the other surface side opposite to the one surface;
  • An oscillation device is provided that includes a support member that holds an end of the vibration member.
  • a support member and a plurality of oscillation devices fixed on the support member are provided, and the oscillation device constrains the piezoelectric vibrator in one surface.
  • an electronic device including: a vibrating member having an end portion bent to the one surface side or the other surface opposite to the one surface, and the end portion held by the support member.
  • the acoustic characteristics of the electronic device can be improved.
  • FIG. 8 is a plan view illustrating a modification of the oscillation device illustrated in FIG. 1. It is sectional drawing which shows the electronic device which concerns on 2nd Embodiment. It is a top view which shows the electronic device shown in FIG. It is sectional drawing which shows the piezoelectric vibrator shown in FIG.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an oscillation device 100 according to the first embodiment.
  • the oscillation device 100 according to the present embodiment corresponds to the first invention in this specification.
  • the oscillation device 100 according to the present embodiment includes a piezoelectric body 70, a plurality of upper electrodes 80, and a plurality of lower electrodes 82.
  • the oscillation device 100 is mounted on an electronic device such as a mobile phone.
  • the piezoelectric body 70 has a plurality of convex portions 72 on one surface.
  • the plurality of upper electrodes 80 are provided separately from each other on the plurality of convex portions 72.
  • the plurality of lower electrodes 82 are provided on the other surface opposite to the one surface of the piezoelectric body 70 so that each of them faces only one upper electrode 80.
  • the configuration of the oscillation device 100 will be described in detail.
  • FIG. 2 is a plan view showing the oscillation device 100 shown in FIG. FIG. 2 shows the top surface of the oscillation device 100.
  • the convex part 72 and the upper electrode 80 provided on the convex part 72 are arranged in an array, for example.
  • the piezoelectric body 70 has a plurality of convex portions 74 on the other surface, for example.
  • the plurality of convex portions 74 are provided on the other surface of the piezoelectric body 70 so that each of the convex portions 74 overlaps with only one convex portion 72 in plan view.
  • the plurality of convex portions 72 and the plurality of convex portions 74 are provided so as to be positioned symmetrically with respect to a central plane located between one surface and the other surface of the piezoelectric body 70. Yes (not shown).
  • the piezoelectric body 70 is made of a material having a piezoelectric effect, for example, lead zirconate titanate (PZT) or barium titanate (BaTiO 3 ) as a material having high electromechanical conversion efficiency.
  • the convex portion 72 and the convex portion 74 are formed by processing a piezoelectric body made of the above material having a piezoelectric effect. The processing of the piezoelectric body can be performed, for example, by cutting on a piezoelectric material or firing with a shape mold.
  • the convex portion 72 and the convex portion 74 are, for example, square in plan view.
  • the piezoelectric body 70 is polarized in the thickness direction (vertical direction in FIG. 1).
  • the piezoelectric body 70 preferably has a thickness of 1 mm or less at a portion where the convex portion 72 and the convex portion 74 overlap in plan view. When the thickness exceeds 1 mm, the electric field strength of the piezoelectric body 70 is reduced. For this reason, the energy conversion efficiency is reduced.
  • the piezoelectric body 70 preferably has a thickness of 10 ⁇ m or more in a portion where the convex portion 72 and the convex portion 74 are not located. When the thickness is less than 10 ⁇ m, the piezoelectric body 70 is made of a brittle material, and thus is easily damaged during handling.
  • the upper electrode 80 can be provided, for example, so as to have the same shape as the convex portion 72 in plan view. Further, the lower electrode 82 can be provided so as to have the same shape as the convex portion 74 in a plan view, for example.
  • the upper electrode 80 and the lower electrode 82 are made of a material having electrical conductivity, for example, silver or a silver / palladium alloy. Silver is a low-resistance general-purpose material and is advantageous from the viewpoint of manufacturing cost and manufacturing process. Further, the silver / palladium alloy is a low resistance material excellent in oxidation resistance and excellent in reliability.
  • the thicknesses of the upper electrode 80 and the lower electrode 82 are preferably 1 to 50 ⁇ m.
  • the thickness is less than 1 ⁇ m, it becomes difficult to form the film uniformly.
  • the thickness exceeds 50 ⁇ m, the upper electrode 80 or the lower electrode 82 becomes a restraint surface with respect to the piezoelectric body 70 and causes a decrease in energy conversion efficiency.
  • the upper electrode 80 and the lower electrode 82 facing each other, and the piezoelectric body 70 positioned therebetween constitute one piezoelectric vibrator 10. That is, one piezoelectric vibrator 10 is configured by the upper electrode 80 and the lower electrode 82 facing each other, and the convex portion 72 and the convex portion 74 positioned therebetween. Thereby, the oscillation device 100 has a plurality of piezoelectric vibrators 10.
  • FIG. 3 is a plan view showing a modification of the oscillation device 100 shown in FIG.
  • the convex part 72, the convex part 74, the upper electrode 80, and the lower electrode 82 have a square shape in plan view.
  • the convex part 72, the convex part 74, the upper electrode 80, and the lower electrode 82 can select various shapes. For example, as shown in FIGS. 3A, 3 ⁇ / b> B, and 3 ⁇ / b> C, a rectangular shape can be provided.
  • sequences is not limited. Further, as shown in FIG.
  • the convex portion 72, the convex portion 74, the upper electrode 80, and the lower electrode 82 may be provided to have, for example, a circular or elliptical shape in plan view.
  • the resonance frequencies of the plurality of piezoelectric vibrators 10 constituted by these can be selected.
  • the interval between the piezoelectric vibrators 10 adjacent to each other can be arbitrarily set. Thereby, the interference of sound waves between the plurality of piezoelectric vibrators 10 can be suppressed.
  • the oscillation device 100 includes a support frame 30 that holds a piezoelectric body 70, for example.
  • the support frame 30 holds the edge of the piezoelectric body 70, for example. Further, the support frame 30 holds, for example, the entire circumference of the piezoelectric body 70.
  • the oscillation device 100 includes a control unit 90 and a signal generation unit 92.
  • the signal generator 92 is connected to each upper electrode 80 and each lower electrode 82. Then, an electric signal to be input to each piezoelectric vibrator 10 constituted by each upper electrode 80 and each lower electrode 82 is generated.
  • the control unit 90 is connected to the signal generation unit 92 and controls signal generation by the signal generation unit 92.
  • the control unit 90 controls the generation of signals from the signal generation unit 92 based on information input from the outside, so that the outputs of the plurality of piezoelectric vibrators 10 can be controlled independently of each other.
  • each piezoelectric vibrator 10 uses a sound wave of 20 kHz or more, for example, 100 kHz, as a signal transport wave.
  • the basic resonance frequency of the piezoelectric vibrator depends on the length of the contour shape of the vibration surface. That is, the area of the piezoelectric vibrator decreases as the resonance frequency shifts to a higher range. For this reason, the oscillation device 100 can be downsized by setting the oscillation frequency of each piezoelectric vibrator 10 to the ultrasonic band. Moreover, high directivity can also be realized by setting the oscillation frequency of each piezoelectric vibrator 10 to an ultrasonic band.
  • the control unit 90 may input the audio signal as it is to each piezoelectric vibrator 10 via the signal generation unit 92.
  • the signal input to the control unit 90 is a command signal for oscillating sound waves.
  • the signal generation unit 92 causes each piezoelectric vibrator 10 to generate a sound wave having a resonance frequency of each piezoelectric vibrator 10.
  • a plurality of upper electrodes 80 provided separately from each other on the plurality of convex portions 72 included in the piezoelectric body 70, and each of them faces only one upper electrode 80.
  • a plurality of lower electrodes 82 provided on the other surface of the piezoelectric body 70.
  • the plurality of convex portions 72, the plurality of upper electrodes 80 and the plurality of lower electrodes 82 constitute a plurality of piezoelectric vibrators 10.
  • the plurality of piezoelectric vibrators 10 are composed of one layer of the piezoelectric body 70.
  • the process which arranges the several piezoelectric vibrator 10 in an array form, and mutually joins is not required. Variations in characteristics among the plurality of piezoelectric vibrators 10 can be suppressed. Therefore, the acoustic characteristics of the electronic device can be improved.
  • each piezoelectric vibrator 10 is controlled independently of each other via each upper electrode 80 and each lower electrode 82. For this reason, it becomes possible to control the plurality of piezoelectric vibrators 10 with a high degree of freedom.
  • the plurality of piezoelectric vibrators 10 are constituted by the convex portions 72. That is, the plurality of piezoelectric vibrators 10 are arranged with a groove therebetween. Therefore, the vibration of the piezoelectric vibrator 10 is restrained from being restrained as compared with the case where no groove is formed between the piezoelectric vibrators 10. Therefore, energy loss of the oscillation device 100 can be suppressed and low power consumption can be achieved.
  • the plurality of convex portions 72 are arranged with a groove interposed therebetween. For this reason, it is possible to prevent vibration from being transmitted from one piezoelectric vibrator 10 to another adjacent piezoelectric vibrator 10.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing an electronic device 200 according to the second embodiment.
  • FIG. 5 is a plan view showing the electronic device 200 shown in FIG.
  • the electronic device 200 according to the present embodiment corresponds to the second invention in this specification.
  • the electronic device 200 according to the present embodiment includes a support member and a plurality of oscillation devices 100.
  • the electronic device 200 is a mobile terminal device such as a mobile phone.
  • the plurality of oscillation devices 100 are fixed on a support member.
  • the oscillation device 100 includes a piezoelectric vibrator 10 and a vibration member 20.
  • the vibration member 20 restrains the piezoelectric vibrator 10 on one surface.
  • the vibration member 20 is bent at one end or the other surface opposite to the one surface. Further, the end portion of the vibration member 20 is held by the support member.
  • the configuration of the electronic device 200 will be described in detail.
  • the vibration member 20 has, for example, a flat plate shape.
  • the vibration member 20 is made of a material having a high elastic modulus with respect to a ceramic that is a brittle material, such as metal or resin, and is made of a general-purpose material such as phosphor bronze or stainless steel.
  • the thickness of the vibration member 20 is preferably 5 to 500 ⁇ m.
  • the longitudinal elastic modulus of the vibration member 20 is preferably 1 to 500 GPa. When the longitudinal elastic modulus of the vibration member 20 is excessively low or high, the vibration characteristics and reliability of the oscillation device may be impaired.
  • the vibration member 20 is held by a substrate 32, for example.
  • the substrate 32 has a ring shape with a hollow inside.
  • the ring shape is, for example, a quadrangle, but is not limited thereto, and may be a circle or an ellipse.
  • the vibration member 20 is held on the substrate 32 by a part of the end portion being fixed on the substrate 32.
  • substrate 32 is fixed by the support frame 30, for example.
  • the end of the vibration member 20 is bent to one side.
  • the vibration member 20 has a spring shape. For this reason, the plate spring effect acts on the vibration member 20 during vibration. Further, the stroke can be lengthened during vibration. Therefore, the sound pressure level of the oscillation device 100 can be improved.
  • the vibration member 20 is bent to one surface side or the other surface at one end and the other end opposite to the one end. In the present embodiment, as shown in FIG. 4, one end and the other end of the vibration member 20 are both bent to one surface side.
  • the vibration member 20 is fixed to the substrate 32 at one end and the other end.
  • the vibrating member 20 is bent at the bent portion 22. Further, the end portion of the vibration member 20 is located on the inner side than 22 in a plan view. For this reason, the mounting area for the edge part of the bending vibration member 20 is not required. Therefore, the distance between the arranged oscillation devices 100 can be shortened and the electronic device 200 can be downsized.
  • the plurality of oscillation devices 100 are disposed on both surfaces of the substrate 32, for example.
  • a plurality of oscillation devices 102 are disposed on one surface of the substrate 32, and a plurality of oscillation devices 104 are disposed on the other surface. Further, the oscillation device 102 and the oscillation device 104 are arranged so as to be shifted from each other in plan view.
  • the oscillation device 102 and the oscillation device 104 are arranged at positions shifted from each other in plan view.
  • the substrate 32 has a ring shape with a hollow inside. For this reason, on one surface side of the substrate 32, sound waves output from the plurality of oscillation devices 102 to the one surface side of the substrate 32 and gaps between the plurality of oscillation devices 104 to the oscillation device 102 pass to the one surface side of the substrate 32. The outputted sound wave is emitted. Further, on the other surface side of the substrate 32, sound waves output from the plurality of oscillation devices 104 to the other surface side of the substrate 32 and the other surface of the substrate 32 through the gaps between the plurality of oscillation devices 102 and the oscillation device 104.
  • Sound waves output to the side are emitted. Therefore, sound waves output from the oscillation device 102 and the oscillation device 104 are efficiently radiated, and a high sound pressure level can be realized. Note that the arrangement of the oscillation device 102 and the oscillation device 104 can be arbitrarily adjusted.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing the piezoelectric vibrator 10 shown in FIG.
  • the piezoelectric vibrator 10 includes a piezoelectric body 70, an upper electrode 80, and a lower electrode 82.
  • the piezoelectric body 70 is sandwiched between the upper electrode 80 and the lower electrode 82.
  • the piezoelectric body 70 is polarized in the thickness direction (vertical direction in FIG. 6).
  • the piezoelectric vibrator 10 has, for example, a circle or an ellipse in a plane direction parallel to one surface of the vibration member 20.
  • the piezoelectric body 70 for example, the same one as in the first embodiment can be used.
  • the upper electrode 80 and the lower electrode 82 the thing similar to 1st Embodiment can be used, for example.
  • the electronic device 200 includes a control unit 90 and a signal generation unit 92.
  • the signal generator 92 is connected to each piezoelectric vibrator 10 and generates an electric signal to be input to each piezoelectric vibrator 10.
  • the control unit 90 is connected to the signal generation unit 92 and controls signal generation by the signal generation unit 92.
  • the control unit 90 controls the generation of the signal of the signal generation unit 92 based on information input from the outside, whereby the outputs of the plurality of oscillation devices 100 can be controlled independently of each other.
  • the output control of the oscillation device 100 can be performed using the control unit 90 and the signal generation unit 92 as in the first embodiment.
  • the electronic device 200 includes a vibration member that restrains the piezoelectric vibrator 10 on one surface, is bent at one end or the other surface, and is held by a support member at the end. .
  • the vibration member 20 has a spring shape. For this reason, the plate spring effect acts on the vibration member 20 during vibration. Further, the stroke can be lengthened during vibration. Thereby, the sound pressure level of the oscillation device 100 can be improved. Therefore, the acoustic characteristics of the electronic device can be improved.

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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

発振装置、および電子機器
　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（ＢａＴｉＯ３）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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