本發(fā)明涉及使用壓電元件的振蕩器設(shè)備以及使用該振蕩器設(shè)備的電子裝置。

背景技術(shù)：
在蜂窩式電話中，已經(jīng)積極地執(zhí)行了具有諸如音樂再現(xiàn)或免提的聲音功能作為商品價值的薄的流行便攜式設(shè)備的開發(fā)。在這點上，對被制造得小且薄并具有高質(zhì)量聲音的電聲換能器的需求日益增加。作為響應(yīng)于該需求的手段，已開發(fā)了使用壓電元件作為驅(qū)動源的壓電電聲換能器。由于壓電電聲換能器使用壓電元件的自我膨脹和收縮運動，所以壓電電聲換能器比由磁性電路組成的電動力學(xué)電聲換能器更薄。目前，已經(jīng)提出了各種類型的電聲換能器（專利文獻1）。相關(guān)文獻專利文獻[專利文獻1]日本未審查專利公開號2009-151666。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
然而，在壓電電聲換能器中，具有高剛性的壓電陶瓷被用作驅(qū)動源，并且因此機械質(zhì)量系數(shù)是高的。在這種情況下，存在這樣的問題，雖然可能保證基本諧振頻率附近的高聲壓級，但聲壓級在其他頻帶中衰減。換言之，由于聲學(xué)特性的不規(guī)則性而難以保證足夠的聲壓級。此外，由于壓電電聲換能器受到具有高機械質(zhì)量系數(shù)Q的壓電元件的影響，其振動模式變成彎曲型（bending-type）振動。換言之，由于壓電電聲換能器在其中心部分中具有大的位移分布且在其末端部分中具有小的位移分布，所以與在活塞運動模式中振蕩的電動力學(xué)電聲換能器相比，壓電電聲換能器在體積排除（volumeexclusion）方面是不利的，并且因此具有聲壓級方面的問題。鑒于這種情況設(shè)計了本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的是提供能夠保證足夠的聲壓級的壓電振蕩器設(shè)備和使用該振蕩器設(shè)備的電子裝置。本發(fā)明的振蕩器設(shè)備包括框架狀支撐框架、由支撐框架中的外圍部分支撐的扁平彈性構(gòu)件以及至少兩個壓電元件，其中的至少一個被設(shè)置在彈性構(gòu)件的兩個表面中的每一個上，并且其通過電場的施加膨脹和收縮地移動，其中，位于在彈性構(gòu)件的兩個表面上的壓電元件的主表面的中心位置彼此不同。本發(fā)明的第一電子裝置包括本發(fā)明的振蕩器設(shè)備，以及使得振蕩器設(shè)備輸出被解調(diào)成可聽區(qū)的聲波的超聲波的振蕩驅(qū)動單元。本發(fā)明的第二電子裝置包括本發(fā)明的振蕩器設(shè)備、使得振蕩器設(shè)備輸出超聲波的振蕩驅(qū)動單元、檢測從振蕩器設(shè)備振蕩并被待測量對象反射的超聲波的超聲波檢測單元以及基于所檢測的超聲波來測量到待測量對象的距離的距離測量單元。同時，本發(fā)明的各種部件不必一定是獨立部件。例如，可以將多個部件形成為一個構(gòu)件，一個部件可以由多個構(gòu)件形成，某個部件可以是另一部件的一部分，或者某個部件的一部分或另一部件的一部分可以相互重疊。根據(jù)本發(fā)明，提供能夠保證足夠的聲壓級的壓電振蕩器設(shè)備是可能的。附圖說明根據(jù)下述優(yōu)選實施例和隨后的附圖，上述目的、其他目的、特征和優(yōu)點將進一步清楚。圖1是圖示出作為根據(jù)本發(fā)明的實施例的振蕩器設(shè)備的電聲換能器的結(jié)構(gòu)的示意性垂直橫截面前視圖。圖2是圖示出作為根據(jù)修改示例的振蕩器設(shè)備的電聲換能器的結(jié)構(gòu)的示意性垂直橫截面前視圖。圖3是圖示出作為根據(jù)另一修改示例的振蕩器設(shè)備的電聲換能器的結(jié)構(gòu)的示意性垂直橫截面前視圖。具體實施方式圖1是圖示出作為根據(jù)本發(fā)明的實施例的振蕩器設(shè)備的電聲換能器100的示意性垂直橫截面前視圖。在下文中，將參考圖1來描述電聲換能器100，其為實施例的振蕩器設(shè)備。如圖1中所示，本實施例的電聲換能器100包括框架狀支撐框架110、由支撐框架110的外圍部分支撐的扁平彈性構(gòu)件120以及至少兩個壓電元件130，其中的至少一個被設(shè)置在彈性構(gòu)件120的兩個表面中的每一個上且其通過電場的施加膨脹和收縮地移動。然而，在實施例的電聲換能器100中，如上所述，設(shè)置在彈性構(gòu)件120的兩個表面上的壓電元件130的主表面的中心位置彼此不同。更詳細地，當(dāng)在平面圖中看時，位于彈性構(gòu)件120的一個表面上的第一壓電元件130的主表面的中心與位于彈性構(gòu)件120的另一表面上的第二壓電元件130的側(cè)表面重疊。另外，當(dāng)在平面圖中看時，第二壓電元件130的中心與第一壓電元件130的側(cè)表面重疊。同時，壓電元件130和支撐框架110的平面表面可以具有圓形形狀或作為矩形形狀的正方形等（未示出）。同時，在壓電元件130的兩個主表面中的每一個上形成電極層131，并且電極層131被連接到作為振蕩驅(qū)動單元的驅(qū)動電路140。由于這個原因，壓電元件130以20kHz或更多的超聲波頻帶的頻率振蕩。彈性構(gòu)件120由金屬形成，并且被與壓電元件130的電極層131絕緣。然而，彈性構(gòu)件120也可以是通過允許電極層131與彈性構(gòu)件120之間的導(dǎo)電而將壓電元件130與驅(qū)動電路相連的布線的一部分。壓電元件130由具有壓電效應(yīng)的材料形成。雖然用于形成壓電元件130的材料并不特別地局限于無機材料和有機材料，但可以使用諸如鋯鈦酸鹽（PZT）或鈦酸鋇（BaTiO3）之類的材料，其為具有高機電轉(zhuǎn)換效率的材料。另外，壓電元件130的厚度不特別受限制，但是優(yōu)選地等于或超過10μm且等于或小于1mm。當(dāng)將具有小于10μm的厚度的薄膜用作是易碎材料的陶瓷材料時，由于處理期間的機械強度弱而發(fā)生開裂和損壞，并且因此難于處理薄膜。另外，當(dāng)使用具有超過1mm的厚度的陶瓷時，電能被轉(zhuǎn)換成機械能的轉(zhuǎn)換效率顯著地降低，并且因此未獲得作為電聲換能器100的足夠性能。一般地，在通過電信號的輸入而產(chǎn)生電致伸縮（electrostrictive）效應(yīng)的壓電陶瓷中，轉(zhuǎn)換效率取決于場強。由于相對于極化方向/輸入電壓通過厚度來表示場強，所以厚度的增加不可避免地導(dǎo)致轉(zhuǎn)換效率的降低。電極層131在實施例的壓電元件130的主表面中形成以便產(chǎn)生電場。雖然電極層131的材料不特別受限制，但可以使用例如銀或銀/鈀。由于銀被用作低電阻多用電極材料，所以存在制造工藝或成本等方面的優(yōu)點。由于銀/鈀是在抗氧化性方面優(yōu)秀的低電阻材料，所以從可靠性觀點出發(fā)存在優(yōu)點。另外，電極層131的厚度不特別受限制，但是厚度優(yōu)選地等于或超過1μm且等于或小于50μm。當(dāng)電極層131的厚度小于1μm時，膜厚度是薄的，并且因此難以均勻地形成電極層131。由于這個原因，存在轉(zhuǎn)換效率降低的可能性。當(dāng)電極層131的厚度超過50μm時，不存在特別的制造問題，但是電極層131相對于壓電元件130的陶瓷材料充當(dāng)約束表面，并且因此能量轉(zhuǎn)換效率降低?？梢允褂弥T如金屬或樹脂的材料作為彈性構(gòu)件120的材料，該材料相對于是易碎材料的陶瓷而言具有高彈性模量。從可加工性或成本的觀點出發(fā)，使用例如磷青銅或不銹鋼的通用材料作為彈性構(gòu)件120的材料。另外，彈性構(gòu)件120的厚度優(yōu)選地等于或超過5μm且等于或小于1000μm。當(dāng)彈性構(gòu)件120的厚度小于5μm時，存在問題，即彈性構(gòu)件120作為約束構(gòu)件的功能由于低機械強度而受到影響，并且由于處理準確度的降低而在生產(chǎn)批次之間發(fā)生振子的機械振動特征的變化。用于產(chǎn)生聲波的機制使用通過向壓電元件130施加電場而發(fā)生的膨脹和收縮運動。另外，超聲波的頻率局限于20kHz或更多。由于壓電元件130具有高機械質(zhì)量系數(shù)Q，所以能量集中在基本諧振頻率的附近區(qū)域上。由于這個原因，雖然可以在基本諧振頻率頻帶中獲得高聲壓級，但是聲壓在其他頻率頻帶中衰減。由于實施例的電聲換能器100使局限于特定頻率的超聲波振蕩，所以電聲換能器100因為壓電元件130的機械質(zhì)量系數(shù)Q是高的特征而具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢。另外，由于壓電振子的基本諧振頻率受到壓電元件130的形狀的影響，所以當(dāng)在例如超聲波頻帶的高頻頻帶中調(diào)整諧振頻率時，電聲換能器100具有小型化方面的優(yōu)點。同時，實施例的電聲換能器100基于所謂的參數(shù)揚聲器原理而執(zhí)行聲學(xué)再現(xiàn)，所謂的參數(shù)揚聲器原理使被執(zhí)行FM（調(diào)頻）或AM（調(diào)幅）的超聲波振蕩，并使用空氣的非線性狀態(tài)（稀疏和密集狀態(tài)）來將調(diào)制波解調(diào)以再現(xiàn)可聽聲音。在實施例的電聲換能器100中，壓電元件130具有局限于高頻頻帶的振蕩的配置，并且因此電聲換能器100的小型化是可能的。根據(jù)上述配置，在具有該配置的壓電電聲換能器100中，不同于一般雙形態(tài)結(jié)構(gòu)，位于彈性構(gòu)件120的兩個表面上的壓電元件130的主表面的中心位置相互不同。換言之，當(dāng)在平面圖中看時，位于彈性構(gòu)件120的一個表面上的第一壓電元件130的主表面的中心位置與位于另一表面上的第二壓電元件130的側(cè)表面重疊，并且當(dāng)在平面圖中看時，第二壓電元件130的中心位置與第一壓電元件130的側(cè)表面重疊。同樣地，兩個壓電元件130被不對稱地設(shè)置在電聲換能器100的上側(cè)和下側(cè)上。相應(yīng)地，失去了振動表面中的均勻性和周期性，并且因此可以防止振動的退化（degeneracy）。因此，可以產(chǎn)生多個振動模式。另外，通過此類布置，在其中正常相位和反向相位相互重疊的分割振動期間，可以防止反向相位的振動。換言之，可以防止由于局部反向相位的振動而引起的聲波的產(chǎn)生。由于這個原因，防止了由于正常相位的振動而引起的聲波與由于反向相位的振動而引起的聲波之間的相互抵消。因此，改進電聲換能器100的聲壓級是可能的。一般地，形成反向相位的振動模式，其集中于電聲換能器100上。在實施例的電聲換能器100中，多個壓電元件130的中心是不同的。在該情況下，電聲換能器100的中心部分的剛性增加。因此，防止反向相位的振動增加是可能的。另外，實施例的電聲換能器100的操作原理使用在電場被施加于壓電元件130時發(fā)生的膨脹和收縮運動。用于振蕩的頻率優(yōu)選地被設(shè)置成20kHz或更多的超聲波頻帶。通過將振蕩頻率設(shè)置成超聲波頻帶，可以減小壓電元件130的大小，并且可以使用超聲波的直線性來控制方向性。作為其應(yīng)用示例，還可以在通過超聲波來傳送音頻信號并在空中將音頻信號解調(diào)的參數(shù)揚聲器中使用本發(fā)明。圖2是圖示出作為根據(jù)本發(fā)明的修改示例的振蕩器設(shè)備的電聲換能器200的結(jié)構(gòu)的示意性垂直橫截面前視圖。本發(fā)明不限于本實施例，并且在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下允許其各種修改。例如，在以上實施例中，已經(jīng)舉例說明了其中彈性構(gòu)件120由金屬形成的配置。然而，類似于作為圖2中的振蕩器設(shè)備舉例說明的電聲換能器200，彈性構(gòu)件120可以由樹脂形成。在該情況下，彈性構(gòu)件120由例如100GPa或以下的縱向彈性模量的聚合物材料形成。從多用性的觀點出發(fā)，彈性構(gòu)件120可以由例如聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、氨基鉀酸酯（urethane）、硅橡膠、天然橡膠或合成橡膠形成。另外，彈性構(gòu)件120的厚度優(yōu)選地等于或超過5μm且等于或小于1000μm。當(dāng)彈性構(gòu)件120的厚度超過1000μm時，存在問題，即由于剛性的增加而引起的壓電元件130上的約束增加，以從而引起振動位移的量的衰減。另外，優(yōu)選的是本實施例的彈性構(gòu)件120具有縱向彈性模量，其是指示材料的剛性的指數(shù)，等于或超過1GPa且等于或小于500GPa。當(dāng)彈性構(gòu)件120的剛性過低或過高時，存在問題，即作為機械振子的特性和可靠性被損壞。同時，在電聲換能器200中，由富于柔性的樹脂形成的彈性構(gòu)件120組成應(yīng)力在振動期間集中于其上的振動表面的末端。換言之，由于掉落時的沖擊能量可以被由樹脂形成的彈性構(gòu)件120吸收，所以可以改進掉落強度。另外，在電聲換能器200中，支撐框架110與壓電元件130之間的末端由彈性構(gòu)件120的樹脂組成。換言之，由于富于柔性的樹脂形成的彈性構(gòu)件120位于振動的末端處，所以末端的可移動范圍加寬。在該情況下，振動模式變得更接近于活塞形狀，并且振動期間的體積排除的量增加。由于聲壓級取決于振動期間的到空中的體積排除的量，所以實現(xiàn)具有該配置的電聲換能器200中的有利特征是可能的。圖3是圖示出作為根據(jù)另一修改示例的振蕩器設(shè)備的電聲換能器300的結(jié)構(gòu)的示意性垂直橫截面前視圖。在以上實施例中，已經(jīng)舉例說明了其中壓電元件130分別被設(shè)置在彈性構(gòu)件120的兩個表面上的配置。然而，類似于圖3中所示的電聲換能器300，可以將多個壓電元件130設(shè)置在彈性構(gòu)件120的一個表面或兩個表面上。如圖3中所示，電聲換能器300包括設(shè)置在彈性構(gòu)件120的一個表面上的第一壓電元件130和第三壓電元件130，以及設(shè)置在彈性構(gòu)件120的另一表面上的第二壓電元件130。第一壓電元件130和第三壓電元件130的主表面的中心位置不同于第二壓電元件130的主表面的中心位置。甚至在修改示例中，也可以獲得與根據(jù)上述實施例的電聲換能器100相同的效果。另外，在以上實施例中，已經(jīng)采取其中作為振蕩驅(qū)動單元的驅(qū)動電路140被連接到電聲換能器100的電子裝置。然而，還可能實現(xiàn)諸如聲納的電子裝置（未示出），其包括電聲換能器100、使得電聲換能器100輸出超聲波的振蕩驅(qū)動單元、用于檢測從電聲換能器100振蕩并被待測量對象反射的超聲波的超聲波檢測單元以及基于所檢測的超聲波來測量到待測量對象的距離的距離測量單元。同時，理所當(dāng)然的是，在其內(nèi)容并不相互沖突的范圍內(nèi)可以將上述實施例和上述修改示例組合。另外，在上述實施例和上述修改示例中，已詳細地描述了每個部件的結(jié)構(gòu)等，但在滿足本發(fā)明的范圍內(nèi)可以以各種方式來改變該結(jié)構(gòu)等。本申請要求基于2010年12月20日提交的日本專利申請?zhí)?010-282666的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容被通過引用結(jié)合到本文中。