JP7532216B2

JP7532216B2 - Vibration Device

Info

Publication number: JP7532216B2
Application number: JP2020185204A
Authority: JP
Inventors: 辰哉滝; 敦江澤; 慧大永井; 俊樹丸山
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2020-11-05
Filing date: 2020-11-05
Publication date: 2024-08-13
Anticipated expiration: 2040-11-05
Also published as: JP2022074825A

Description

本開示は、振動デバイスに関する。 This disclosure relates to a vibration device.

従来の振動デバイスとして、例えば特許文献１に記載の透明スピーカがある。この従来の振動デバイスは、圧電素子を振動板に固定することによって構成されている。この振動デバイスでは、圧電素子の振動を振動板によって増幅し、振動板にベンディング振動を生じさせることによって、所望の音響出力が得られるようになっている。 An example of a conventional vibration device is the transparent speaker described in Patent Document 1. This conventional vibration device is constructed by fixing a piezoelectric element to a diaphragm. In this vibration device, the vibration of the piezoelectric element is amplified by the diaphragm, and bending vibration is generated in the diaphragm, thereby obtaining a desired acoustic output.

特開平４－７０１００号公報Japanese Patent Application Publication No. 4-70100

上述した特許文献１の振動デバイスのように、振動板のベンディング振動を利用した構成は、圧電素子から振動板への振動伝達性に優れる。その反面、振動板の共振に起因する音圧の低下や周波数に対する歪みが生じ易く、これらの課題の解決が求められている。 As with the vibration device of Patent Document 1 mentioned above, a configuration that utilizes bending vibration of a diaphragm has excellent vibration transmission properties from the piezoelectric element to the diaphragm. On the other hand, it is prone to a decrease in sound pressure and distortion with frequency due to resonance of the diaphragm, and there is a demand for a solution to these problems.

本開示は、上記課題の解決のためになされたものであり、音圧の向上や周波数に対する歪みの改善が図られる振動デバイスを提供することを目的とする。 This disclosure has been made to solve the above problems, and aims to provide a vibration device that improves sound pressure and reduces distortion with respect to frequency.

本開示の一側面に係る振動デバイスは、圧電素子と、一の方向に延在し、圧電素子の駆動によってベンディング振動を生じさせる第１の振動部と、第１の振動部とは別体に構成され、第１の振動部で生じたベンディング振動から直動振動成分を取り出す第２の振動部と、第１の振動部における前記一の方向の一端部を固定し、他端部を自由端とする固定部と、を備え、第２の振動部は、筒状をなしており、第１の振動部の平面視において、自由端側に偏在した状態で第１の振動部に固定されている。 A vibration device according to one aspect of the present disclosure includes a piezoelectric element, a first vibration part extending in one direction and generating bending vibration by driving the piezoelectric element, a second vibration part configured separately from the first vibration part and extracting a linear vibration component from the bending vibration generated in the first vibration part, and a fixed part that fixes one end of the first vibration part in the one direction and has the other end as a free end, and the second vibration part is cylindrical and fixed to the first vibration part in a state where it is biased toward the free end side in a plan view of the first vibration part.

この振動デバイスでは、圧電素子の駆動によってベンディング振動を生じさせる第１の振動部の一端部が固定端となっており、他端部が自由端となっている。また、筒状をなす第２の振動部が、第１の振動部の平面視において、自由端側に偏在した状態で第１の振動部に固定されている。このような構成により、第２の振動部では、第１の振動部で生じたベンディング振動から直動振動成分を効率良く取り出すことができる。ベンディング振動を直接利用する場合と異なり、直動振動成分を利用する場合には、振動板の共振の影響を軽減できる。したがって、音圧の向上や周波数に対する歪みの改善が図られる。 In this vibration device, one end of the first vibration part that generates bending vibration by driving a piezoelectric element is a fixed end, and the other end is a free end. In addition, the cylindrical second vibration part is fixed to the first vibration part in a state where it is biased toward the free end side when viewed in a plan view of the first vibration part. With this configuration, the second vibration part can efficiently extract the linear vibration component from the bending vibration generated in the first vibration part. Unlike when the bending vibration is directly used, when the linear vibration component is used, the effect of resonance of the diaphragm can be reduced. Therefore, the sound pressure is improved and distortion against frequency is improved.

第１の振動部の平面視において、第２の振動部の配置領域の少なくとも一部は、圧電素子の配置領域と重なっていてもよい。この場合、第１の振動部で生じたベンディング振動からの直動振動成分の取り出し効率を更に高めることができる。 In a plan view of the first vibration section, at least a portion of the arrangement area of the second vibration section may overlap with the arrangement area of the piezoelectric element. In this case, the efficiency of extracting the linear vibration component from the bending vibration generated in the first vibration section can be further improved.

第１の振動部に対する第２の振動部の固定領域は、第１の振動部における他端部側の縁に接していてもよい。この場合、第１の振動部で生じたベンディング振動からの直動振動成分の取り出し効率を更に高めることができる。 The fixing area of the second vibration part relative to the first vibration part may be in contact with the edge of the other end side of the first vibration part. In this case, the efficiency of extracting the linear vibration component from the bending vibration generated in the first vibration part can be further improved.

第１の振動部の曲げ強度は、第２の振動部の曲げ強度よりも大きくなっていてもよい。この場合、第２の振動部が第１の振動部のベンディング振動に追従しにくくなり、直動振動成分の取り出し効率を向上できる。 The bending strength of the first vibration part may be greater than the bending strength of the second vibration part. In this case, the second vibration part is less likely to follow the bending vibration of the first vibration part, improving the efficiency of extracting the linear vibration component.

本開示によれば、音圧の向上や周波数に対する歪みの改善が図られる。 This disclosure aims to improve sound pressure and distortion over frequency.

本開示に係る振動デバイスの一実施形態を示す概略的な断面図である。1 is a schematic cross-sectional view illustrating an embodiment of a vibration device according to the present disclosure. 図１に示した振動デバイスの平面図である。FIG. 2 is a plan view of the vibration device shown in FIG. 1 . （ａ）は、ベンディング振動を示す模式的な図であり、（ｂ）は、直動振動を示す模式的な図であり、（ｃ）は、ベンディング振動からの直動振動成分の取り出しの様子を示す模式的な図である。FIG. 1A is a schematic diagram showing bending vibration, FIG. 1B is a schematic diagram showing linear vibration, and FIG. 1C is a schematic diagram showing how linear vibration components are extracted from bending vibration. （ａ）は、ベンディング振動による音響出力の周波数と音圧との関係を示す模式的な図であり、（ｂ）は、ベンディング振動による音響出力の周波数と歪みとの関係を示す模式的な図である。1A is a schematic diagram showing the relationship between the frequency and sound pressure of an acoustic output caused by bending vibration, and FIG. 1B is a schematic diagram showing the relationship between the frequency and distortion of an acoustic output caused by bending vibration. （ａ）は、直動振動による音響出力の周波数と音圧との関係を示す模式的な図であり、（ｂ）は、ベンディング振動による音響出力の周波数と歪みとの関係を示す模式的な図である。1A is a schematic diagram showing the relationship between the frequency and sound pressure of an acoustic output due to linear vibration, and FIG. 1B is a schematic diagram showing the relationship between the frequency and distortion of an acoustic output due to bending vibration.

以下、図面を参照しながら、本開示の一側面に係る振動デバイスの好適な実施形態について詳細に説明する。 Below, a preferred embodiment of a vibration device according to one aspect of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings.

図１は、本開示に係る振動デバイスの一実施形態を示す概略的な断面図である。また、図２は、その平面図である。図１及び図２に示す振動デバイス１は、例えばスピーカ等の音響デバイスとして用いられるデバイスであり、テレビやスマートフォンといった音を発する電子機器に搭載され得る。図１及び図２に示すように、振動デバイス１は、圧電素子２と、第１の振動部３と、第２の振動部４と、固定部５とを備えて構成されている。 Fig. 1 is a schematic cross-sectional view showing one embodiment of a vibration device according to the present disclosure. Fig. 2 is a plan view thereof. The vibration device 1 shown in Figs. 1 and 2 is a device used as an acoustic device such as a speaker, and can be mounted in electronic devices that emit sound, such as televisions and smartphones. As shown in Figs. 1 and 2, the vibration device 1 is configured to include a piezoelectric element 2, a first vibration portion 3, a second vibration portion 4, and a fixed portion 5.

圧電素子２は、例えば圧電素体６と、一対の外部電極（不図示）とを有している。圧電素体６は、複数の圧電体層の積層によって構成されている。図１及び図２の例では、圧電素体６は、平面視において長方形状をなしている。各圧電体層は、圧電材料によって形成されている。本実施形態では、各圧電体層は、圧電セラミック材料からなる。圧電セラミック材料としては、例えばＰＺＴ［Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ_３］、ＰＴ（ＰｂＴｉＯ_３）、ＰＬＺＴ［（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ_３］、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）が挙げられる。 The piezoelectric element 2 has, for example, a piezoelectric body 6 and a pair of external electrodes (not shown). The piezoelectric body 6 is configured by laminating a plurality of piezoelectric layers. In the example of Fig. 1 and Fig. 2, the piezoelectric body 6 has a rectangular shape in a plan view. Each piezoelectric layer is formed of a piezoelectric material. In this embodiment, each piezoelectric layer is made of a piezoelectric ceramic material. Examples of the piezoelectric ceramic material include PZT [Pb(Zr, Ti) _O3 ], PT ( _PbTiO3 ), PLZT [(Pb, La)(Zr, Ti) _O3 ], and barium titanate ( _BaTiO3 ).

各圧電体層は、例えば上述した圧電セラミック材料を含むセラミックグリーンシートの焼結体によって構成されている。実際の圧電素体６では、各圧電体層は、各圧電体層の間の境界が認識できない程度に一体化されている。圧電素体６内には、複数の内部電極（不図示）が配置されている。各内部電極は、導電性材料によって形成されている。導電性材料としては、例えばＡｇ、Ｐｄ、Ａｇ－Ｐｄ合金が挙げられる。 Each piezoelectric layer is formed, for example, from a sintered ceramic green sheet containing the piezoelectric ceramic material described above. In the actual piezoelectric element 6, the piezoelectric layers are integrated to the extent that the boundaries between the piezoelectric layers are not recognizable. A number of internal electrodes (not shown) are disposed within the piezoelectric element 6. Each internal electrode is formed from a conductive material. Examples of conductive materials include Ag, Pd, and Ag-Pd alloys.

圧電素子２の一対の外部電極には、例えばフレキシブルプリント基板といった配線部材（不図示）が電気的に接続されている。配線部材の一端側は、圧電素子２の一対の外部電極に電気的かつ物理的に接続され、配線部材の他端側は、振動デバイス１が搭載される電子機器に対して電気的かつ物理的に接続される。 A wiring member (not shown), such as a flexible printed circuit board, is electrically connected to a pair of external electrodes of the piezoelectric element 2. One end of the wiring member is electrically and physically connected to the pair of external electrodes of the piezoelectric element 2, and the other end of the wiring member is electrically and physically connected to the electronic device in which the vibration device 1 is mounted.

第１の振動部３は、圧電素子２の駆動によってベンディング振動を生じさせる部分である。第１の振動部３は、例えば金属材料によって薄板状に形成され、一定の幅で一の方向に延在している。以下、第１の振動部３が延在する一の方向を延在方向Ｄと称する。金属材料としては、例えばＮｉ－Ｆｅ合金、Ｎｉ、黄銅、ステンレス鋼などが挙げられる。ここでは、第１の振動部３は、平面視において長方形状をなしており、延在方向Ｄに沿う長辺と、延在方向Ｄに直交する短辺とを有している。長方形状には、例えば、各角部が面取りされた形状及び各角が丸められた形状も含まれ得る。第１の振動部３は、樹脂材料によって構成されていてもよい。 The first vibration part 3 is a part that generates bending vibration by driving the piezoelectric element 2. The first vibration part 3 is formed in a thin plate shape using, for example, a metal material, and extends in one direction with a certain width. Hereinafter, the one direction in which the first vibration part 3 extends is referred to as the extension direction D. Examples of metal materials include Ni-Fe alloy, Ni, brass, and stainless steel. Herein, the first vibration part 3 has a rectangular shape in a plan view, and has long sides along the extension direction D and short sides perpendicular to the extension direction D. The rectangular shape may include, for example, a shape with each corner chamfered and a shape with each corner rounded. The first vibration part 3 may be made of a resin material.

第１の振動部３の一方面３ａには、圧電素子２が配置された配置領域Ｐ１が設けられている。図１及び図２の例では、平面視における圧電素子２の長辺及び短辺は、平面視における第１の振動部３の長辺及び短辺よりも小さくなっている。第１の振動部３の一方面３ａにおいて、圧電素子２の長辺は、第１の振動部３の長辺に沿い、圧電素子２の短辺は、第１の振動部３の短辺に沿っている。また、第１の振動部３の一方面３ａにおいて、圧電素子２の中心位置は、第１の振動部３の中心位置と一致している。これにより、圧電素子２の全体が第１の振動部３に重なり、平面視において、圧電素子２が第１の振動部３の縁から張り出さないようになっている（図２参照）。第１の振動部３の一方面３ａと圧電素子２との固定には、例えば接着剤が用いられている。 One surface 3a of the first vibration part 3 has an arrangement area P1 in which the piezoelectric element 2 is arranged. In the example of FIG. 1 and FIG. 2, the long side and short side of the piezoelectric element 2 in a plan view are smaller than the long side and short side of the first vibration part 3 in a plan view. On one surface 3a of the first vibration part 3, the long side of the piezoelectric element 2 is along the long side of the first vibration part 3, and the short side of the piezoelectric element 2 is along the short side of the first vibration part 3. Also, on one surface 3a of the first vibration part 3, the center position of the piezoelectric element 2 coincides with the center position of the first vibration part 3. As a result, the entire piezoelectric element 2 overlaps the first vibration part 3, and the piezoelectric element 2 does not protrude from the edge of the first vibration part 3 in a plan view (see FIG. 2). For example, an adhesive is used to fix the one surface 3a of the first vibration part 3 and the piezoelectric element 2.

第１の振動部３における延在方向Ｄの一端部３ｃは、固定部５によって固定された固定領域Ｐ２となっている。具体的には、第１の振動部３における延在方向Ｄの一端部３ｃは、固定部５における側板２２に埋没した状態となっている。これにより、第１の振動部３における延在方向Ｄの一端部３ｃは、圧電素子２によるベンディング振動の固定端となっている。図１及び図２の例では、第１の振動部３の短辺の全体が固定部５の側板２２，２２に埋没している。圧電素子２の短辺と固定領域Ｐ２との間には、延在方向Ｄについて一定の間隔が設けられている。一方、第１の振動部３における延在方向Ｄの他端部３ｄは、固定部５によって固定されておらず、圧電素子２によるベンディング振動の自由端となっている。 One end 3c of the first vibration part 3 in the extension direction D is a fixed region P2 fixed by the fixed part 5. Specifically, one end 3c of the first vibration part 3 in the extension direction D is embedded in the side plate 22 of the fixed part 5. As a result, one end 3c of the first vibration part 3 in the extension direction D is a fixed end of the bending vibration by the piezoelectric element 2. In the example of FIG. 1 and FIG. 2, the entire short side of the first vibration part 3 is embedded in the side plates 22, 22 of the fixed part 5. A constant interval is provided between the short side of the piezoelectric element 2 and the fixed region P2 in the extension direction D. On the other hand, the other end 3d of the first vibration part 3 in the extension direction D is not fixed by the fixed part 5 and is a free end of the bending vibration by the piezoelectric element 2.

第２の振動部４は、第１の振動部３で生じたベンディング振動から直動振動成分を取り出す部分である。第２の振動部４は、例えば樹脂材料によって第１の振動部３とは別体に形成されている。樹脂材料としては、例えばアクリル系樹脂、塩化ビニル系樹脂、成型樹脂などが挙げられる。第２の振動部４が樹脂材料で形成されていることにより、第１の振動部３の曲げ強度は、第２の振動部４の曲げ強度よりも大きくなっている。第２の振動部４は、紙材料によって形成されていてもよい。第２の振動部４は、円盤状の底面部１１と、底面部１１から離れるにしたがって拡径する末広がりの断面円形の筒状部１２とを有している。第２の振動部４において、筒状部１２の先端側は、断面円形の開口部１２ａとなっており、底面部１１と筒状部１２とによって画成される円錐台状の空間は、直動振動成分を含む気体を押し出す振動空間Ｓとなっている。 The second vibration part 4 is a part that extracts linear vibration components from the bending vibration generated in the first vibration part 3. The second vibration part 4 is formed separately from the first vibration part 3, for example, from a resin material. Examples of the resin material include acrylic resin, vinyl chloride resin, and molded resin. Since the second vibration part 4 is formed from a resin material, the bending strength of the first vibration part 3 is greater than the bending strength of the second vibration part 4. The second vibration part 4 may be formed from a paper material. The second vibration part 4 has a disk-shaped bottom surface part 11 and a cylindrical part 12 with a circular cross section that widens as it moves away from the bottom surface part 11. In the second vibration part 4, the tip side of the cylindrical part 12 is an opening 12a with a circular cross section, and the truncated cone-shaped space defined by the bottom surface part 11 and the cylindrical part 12 is a vibration space S that pushes out gas containing linear vibration components.

第２の振動部４の配置領域Ｐ３は、第１の振動部３の他方面３ｂに設けられている。つまり、第２の振動部４は、第１の振動部３を挟んで圧電素子２の反対側に配置されている。第２の振動部４の配置領域Ｐ３は、平面視において第２の振動部４が画成する領域である。本実施形態では、上述したように、第２の振動部４が末広がりの筒状部１２を有している。このため、第２の振動部４の配置領域Ｐ３は、筒状部１２の先端部分の外径を直径とする円形状をなしている。 The placement area P3 of the second vibration part 4 is provided on the other surface 3b of the first vibration part 3. In other words, the second vibration part 4 is placed on the opposite side of the piezoelectric element 2 across the first vibration part 3. The placement area P3 of the second vibration part 4 is the area defined by the second vibration part 4 in a planar view. In this embodiment, as described above, the second vibration part 4 has a cylindrical part 12 that flares out toward the end. Therefore, the placement area P3 of the second vibration part 4 has a circular shape with a diameter equal to the outer diameter of the tip part of the cylindrical part 12.

第２の振動部４は、第１の振動部３の平面視において、第１の振動部３における延在方向Ｄの他端部３ｄ側、すなわち、圧電素子２によるベンディング振動の自由端側に偏在した状態で第１の振動部３の他方面３ｂに固定されている。図１及び図２の例では、第２の振動部４の円盤状の底面部１１が第１の振動部３の他方面３ｂに固定されている。第２の振動部４の底面部１１と第１の振動部３の他方面３ｂとの固定には、例えば接着剤が用いられている。 The second vibration part 4 is fixed to the other surface 3b of the first vibration part 3 in a state where it is biased toward the other end 3d side of the extension direction D of the first vibration part 3, i.e., toward the free end side of the bending vibration by the piezoelectric element 2, in a plan view of the first vibration part 3. In the example of Figures 1 and 2, the disk-shaped bottom surface part 11 of the second vibration part 4 is fixed to the other surface 3b of the first vibration part 3. For example, an adhesive is used to fix the bottom surface part 11 of the second vibration part 4 to the other surface 3b of the first vibration part 3.

第２の振動部４の筒状部１２の先端部分の直径は、圧電素子２の短辺よりも小さくなっている。第１の振動部３の平面視において、延在方向Ｄに直交する方向に対する第２の振動部４の中心位置は、圧電素子２の中心位置と一致している。第１の振動部３への固定領域となる底面部１１の一側（固定端側）は、第１の振動部３の平面視において、圧電素子２の配置領域Ｐ１と重なっており、底面部１１の他側（自由端側）は、第１の振動部３における他端部３ｄ側の縁に接している。本実施形態では、上述したように、第２の振動部４が末広がりの筒状部１２を有している。このため、第２の振動部４における筒状部１２の先端部分の一部は、第１の振動部３における他端部３ｄ側の縁よりも延在方向Ｄの外側に張り出した状態となっている。 The diameter of the tip portion of the cylindrical portion 12 of the second vibration portion 4 is smaller than the short side of the piezoelectric element 2. In a plan view of the first vibration portion 3, the center position of the second vibration portion 4 in the direction perpendicular to the extension direction D coincides with the center position of the piezoelectric element 2. In a plan view of the first vibration portion 3, one side (fixed end side) of the bottom surface portion 11, which is the fixed area to the first vibration portion 3, overlaps with the arrangement area P1 of the piezoelectric element 2, and the other side (free end side) of the bottom surface portion 11 contacts the edge of the other end 3d side of the first vibration portion 3. In this embodiment, as described above, the second vibration portion 4 has a cylindrical portion 12 that is flared toward the end. Therefore, a part of the tip portion of the cylindrical portion 12 of the second vibration portion 4 is in a state of protruding outward in the extension direction D from the edge of the other end 3d side of the first vibration portion 3.

固定部５は、第１の振動部３における延在方向Ｄの一端部３ｃを固定する部分である。固定部５は、第１の振動部３のベンディング振動に対する非伝達性を有する材料によって形成されている。このような材料としては、例えばステンレス（ＳＵＳ）、アルミニウムなどの金属材料が挙げられる。図１及び図２の例では、固定部５は、一つの側板２２によって構成されている。側板２２は、第１の振動部３の一端部３ｃ側に立設されている。第１の振動部３の一端部３ｃは、側板２２の頂部近傍に埋没している。これにより、第１の振動部３、第１の振動部３の一方面３ａ側の圧電素子２、及び第１の振動部３の他方面３ｂ側の第２の振動部４は、側板２２によって片持ちの状態で保持されている。第１の振動部３と側板２２との固定は、ねじ止めクランプを用いたものであってもよく、接着剤による接着であってもよい。 The fixing part 5 is a part that fixes one end 3c of the first vibration part 3 in the extension direction D. The fixing part 5 is formed of a material that is non-transmissible to the bending vibration of the first vibration part 3. Examples of such materials include metal materials such as stainless steel (SUS) and aluminum. In the example of FIG. 1 and FIG. 2, the fixing part 5 is composed of one side plate 22. The side plate 22 is erected on the one end 3c side of the first vibration part 3. The one end 3c of the first vibration part 3 is buried near the top of the side plate 22. As a result, the first vibration part 3, the piezoelectric element 2 on one side 3a of the first vibration part 3, and the second vibration part 4 on the other side 3b of the first vibration part 3 are held in a cantilever state by the side plate 22. The first vibration part 3 and the side plate 22 may be fixed using a screw clamp or may be bonded with an adhesive.

上述したように、第１の振動部３は、圧電素子２の駆動によってベンディング振動を生じさせる振動部であり、第１の振動部３と別体に構成された第２の振動部４は、第１の振動部３で生じたベンディング振動から直動振動成分を取り出す振動部である。第１の振動部３における延在方向Ｄの一端部３ｃは、固定部５に固定されることによって、圧電素子２によるベンディング振動の固定端となっている。また、第１の振動部３における延在方向の他端部３ｄは、固定部５には固定されておらず、圧電素子２によるベンディング振動の自由端となっている。このため、第１の振動部３に生じるベンディング振動は、図３（ａ）に示すように、第１の振動部３の面内方向から見て円弧状をなし、ベンディング振動の振動量は、延在方向Ｄの一端部３ｃから他端部３ｄに行くほど徐々に大きくなる。 As described above, the first vibration part 3 is a vibration part that generates bending vibration by driving the piezoelectric element 2, and the second vibration part 4, which is configured separately from the first vibration part 3, is a vibration part that extracts a linear vibration component from the bending vibration generated in the first vibration part 3. One end 3c in the extension direction D of the first vibration part 3 is fixed to the fixed part 5, and serves as a fixed end of the bending vibration caused by the piezoelectric element 2. In addition, the other end 3d in the extension direction of the first vibration part 3 is not fixed to the fixed part 5, and serves as a free end of the bending vibration caused by the piezoelectric element 2. For this reason, the bending vibration generated in the first vibration part 3 is arc-shaped when viewed from the in-plane direction of the first vibration part 3, as shown in FIG. 3(a), and the vibration amount of the bending vibration gradually increases from one end 3c in the extension direction D to the other end 3d.

これに対し、直動振動は、図３（ｂ）に示すように、振動部分Ｖの全体が均一に変位する振動である。直動振動の振動量は、振動部分Ｖの延在方向によらずに一定となる。振動デバイス１では、筒状部１２を有する第２の振動部４は、第１の振動部３とは別体に構成され、第１の振動部３の平面視において、ベンディング振動の自由端側に偏在した状態で第１の振動部３に固定されている。このため、第１の振動部３にベンディング振動が生じた場合、第２の振動部４の配置領域Ｐ３外では、ベンディング振動に準じた振動が生じるが、第２の振動部４の配置領域Ｐ３では、直動振動に準じた振動が生じることとなる。したがって、第２の振動部４では、第１の振動部３で生じたベンディング振動から直動振動成分を取り出すことができる。 In contrast, linear vibration is a vibration in which the entire vibrating part V is displaced uniformly, as shown in FIG. 3(b). The vibration amount of linear vibration is constant regardless of the extension direction of the vibrating part V. In the vibration device 1, the second vibrating part 4 having a cylindrical part 12 is configured separately from the first vibrating part 3, and is fixed to the first vibrating part 3 in a state where it is biased toward the free end side of the bending vibration in a plan view of the first vibrating part 3. Therefore, when bending vibration occurs in the first vibrating part 3, a vibration similar to the bending vibration occurs outside the arrangement region P3 of the second vibrating part 4, but a vibration similar to the linear vibration occurs in the arrangement region P3 of the second vibrating part 4. Therefore, in the second vibrating part 4, it is possible to extract the linear vibration component from the bending vibration generated in the first vibrating part 3.

本実施形態では、第２の振動部４がベンディング振動の自由端側に偏在しており、ベンディング振動の振動量が最も大きくなる領域に第２の振動部４が配置されている。したがって、第２の振動部４では、第１の振動部３で生じたベンディング振動から直動振動成分を取り出す際の取出効率が高まり、振動デバイス１の音圧を高めることが可能となる。 In this embodiment, the second vibrating part 4 is biased toward the free end side of the bending vibration, and is disposed in the area where the vibration magnitude of the bending vibration is greatest. Therefore, in the second vibrating part 4, the extraction efficiency is increased when extracting the linear vibration component from the bending vibration generated in the first vibrating part 3, and it is possible to increase the sound pressure of the vibration device 1.

振動板のベンディング振動を利用した構成は、圧電素子から振動板への振動伝達性に優れる。その反面、ベンディング振動では、図４（ａ）に示すように、振動板の共振に起因して特定の周波数で音圧のピーク及びディップが生じることがあり、音圧を打ち消し合う現象も生じ得る。また、図４（ｂ）に示すように、振動板の共振に起因して特定の周波数において歪みが大きくなる現象が生じ得る。 The configuration that utilizes bending vibration of the diaphragm has excellent vibration transmission from the piezoelectric element to the diaphragm. On the other hand, bending vibration can cause peaks and dips in sound pressure at specific frequencies due to resonance of the diaphragm, as shown in Figure 4(a), and the sound pressures can cancel each other out. Also, as shown in Figure 4(b), the resonance of the diaphragm can cause distortion to increase at specific frequencies.

これに対し、振動デバイス１のように、ベンディング振動から直動振動成分を取り出す場合、第１の振動部３での共振の影響を軽減できる。このため、図５（ａ）に示すように、振動板の共振に起因する特定の周波数での音圧のピーク及びディップの発生を抑制できる。直動振動では、均一に変位する振動部分の面積を確保し易いため、音圧の向上も図られる。また、図５（ｂ）に示すように、振動板の共振に起因して特定の周波数において歪みが大きくなる現象も低減できる。 In contrast, when a linear vibration component is extracted from bending vibration, as in the case of the vibration device 1, the effect of resonance in the first vibration part 3 can be reduced. Therefore, as shown in FIG. 5(a), the occurrence of peaks and dips in sound pressure at specific frequencies caused by the resonance of the diaphragm can be suppressed. With linear vibration, it is easy to ensure the area of the vibrating part that displaces uniformly, so sound pressure can also be improved. In addition, as shown in FIG. 5(b), the phenomenon in which distortion increases at specific frequencies caused by the resonance of the diaphragm can also be reduced.

以上説明したように、振動デバイス１では、圧電素子２の駆動によってベンディング振動を生じさせる第１の振動部３の一端部３ｃが固定端となっており、他端部３ｄが自由端となっている。また、筒状をなす第２の振動部４が、第１の振動部３の平面視において、自由端側に偏在した状態で第１の振動部３に固定されている。このような構成により、第２の振動部４では、第１の振動部３で生じたベンディング振動から直動振動成分を効率良く取り出すことができる。ベンディング振動を直接利用する場合と異なり、直動振動成分を利用する場合には、振動板の共振の影響を軽減できる。したがって、音圧の向上や周波数に対する歪みの改善が図られる。 As described above, in the vibration device 1, one end 3c of the first vibration part 3 that generates bending vibration by driving the piezoelectric element 2 is a fixed end, and the other end 3d is a free end. In addition, the cylindrical second vibration part 4 is fixed to the first vibration part 3 in a state where it is biased toward the free end side in a plan view of the first vibration part 3. With this configuration, the second vibration part 4 can efficiently extract the linear vibration component from the bending vibration generated in the first vibration part 3. Unlike when the bending vibration is directly used, when the linear vibration component is used, the effect of resonance of the diaphragm can be reduced. Therefore, the sound pressure is improved and distortion against frequency is improved.

本実施形態では、第１の振動部３の平面視において、第２の振動部４の配置領域Ｐ３の少なくとも一部が圧電素子２の配置領域Ｐ１と重なっている。このような配置関係を採用することで、第１の振動部３で生じたベンディング振動からの直動振動成分の取り出し効率を更に高めることができる。 In this embodiment, in a plan view of the first vibration part 3, at least a portion of the arrangement area P3 of the second vibration part 4 overlaps with the arrangement area P1 of the piezoelectric element 2. By adopting such an arrangement relationship, it is possible to further increase the efficiency of extracting the linear vibration component from the bending vibration generated in the first vibration part 3.

本実施形態では、第１の振動部３に対する第２の振動部４の固定領域となる底面部１１が、第１の振動部３における他端部３ｄ側の縁に接している。これにより、第１の振動部３に生じるベンディング振動が最も高くなる領域に第２の振動部４が配置される。したがって、第１の振動部３で生じたベンディング振動からの直動振動成分の取り出し効率を更に高めることができる。また、第１の振動部３への固定領域となる第２の振動部４の底面部１１が第１の振動部３の縁よりも外側に張り出さないことで、第１の振動部３に対して第２の振動部４をしっかりと固定できる。したがって、第２の振動部４がベンディング振動によって第１の振動部３から剥離してしまうことを抑制できる。 In this embodiment, the bottom surface 11, which is the fixing area of the second vibration part 4 to the first vibration part 3, is in contact with the edge of the other end 3d side of the first vibration part 3. As a result, the second vibration part 4 is arranged in the area where the bending vibration generated in the first vibration part 3 is the highest. Therefore, it is possible to further increase the efficiency of extracting the linear vibration component from the bending vibration generated in the first vibration part 3. In addition, since the bottom surface 11 of the second vibration part 4, which is the fixing area to the first vibration part 3, does not protrude outward beyond the edge of the first vibration part 3, the second vibration part 4 can be firmly fixed to the first vibration part 3. Therefore, it is possible to suppress the second vibration part 4 from peeling off from the first vibration part 3 due to the bending vibration.

本実施形態では、第１の振動部３の曲げ強度は、第２の振動部４の曲げ強度よりも大きくなっている。これにより、第２の振動部４が第１の振動部３のベンディング振動に追従しにくくなり、直動振動成分の取り出し効率を向上できる。 In this embodiment, the bending strength of the first vibrating part 3 is greater than the bending strength of the second vibrating part 4. This makes it difficult for the second vibrating part 4 to follow the bending vibration of the first vibrating part 3, improving the efficiency of extracting the linear vibration component.

本開示は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態では、圧電素子２の全体が第１の振動部３に重なり、平面視において、圧電素子２が第１の振動部３の縁から張り出さないようになっているが、圧電素子２の一部が第１の振動部３の縁（長辺側の縁或いは他端部３ｄ側の縁）から張り出していてもよい。上記実施形態では、圧電素子２及び第２の振動部４は、いずれも延在方向Ｄに直交する方向において第１の振動部３の中央に配置されているが、圧電素子２及び第２の振動部４の少なくとも一方が、延在方向Ｄに直交する方向において第１の振動部３の一方の長辺側に偏在していてもよい。 The present disclosure is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the entire piezoelectric element 2 overlaps the first vibration part 3, and the piezoelectric element 2 does not protrude from the edge of the first vibration part 3 in a plan view, but a part of the piezoelectric element 2 may protrude from the edge of the first vibration part 3 (the edge on the long side or the edge on the other end 3d side). In the above embodiment, the piezoelectric element 2 and the second vibration part 4 are both arranged in the center of the first vibration part 3 in a direction perpendicular to the extension direction D, but at least one of the piezoelectric element 2 and the second vibration part 4 may be biased toward one long side of the first vibration part 3 in a direction perpendicular to the extension direction D.

上記実施形態では、第１の振動部３に対する第２の振動部４の固定領域となる底面部１１が、第１の振動部３における他端部３ｄ側の縁に接しているが、当該底面部１１は、第１の振動部３における他端部３ｄ側の縁から一端部３ｃ側に離間していてもよい。また、底面部１１の一部が第１の振動部３における他端部３ｄ側の縁よりも外側に張り出していてもよい。 In the above embodiment, the bottom surface portion 11, which is the fixed area of the second vibrating portion 4 relative to the first vibrating portion 3, is in contact with the edge of the other end portion 3d side of the first vibrating portion 3, but the bottom surface portion 11 may be spaced away from the edge of the other end portion 3d side of the first vibrating portion 3 toward the one end portion 3c side. Also, a part of the bottom surface portion 11 may protrude outward beyond the edge of the other end portion 3d side of the first vibrating portion 3.

上記実施形態では、第２の振動部４は、円盤状の底面部１１と、底面部１１から離れるにしたがって拡径する末広がりの断面円形の筒状部１２とを有しているが、第２の振動部４の構成はこれに限られない。例えば筒状部１２は、必ずしも末広がりである必要はなく、底面部１１から開口部１２ａにかけて一定の径となっていてもよい。第２の振動部４は、第１の振動部３に対する固定の安定性や信頼性、配置精度の観点から、底面部１１を有していることが好ましいが、底面部１１を省略した構成を採ることも可能である。底面部１１を省略する場合、第２の振動部４の高さを増加させずに、直動振動成分を含む気体を押し出す振動空間Ｓの体積を増加させることができる。筒状部１２の断面形状は、円形に限られず、矩形、三角形、長円形、楕円形といった他の形状であってもよい。 In the above embodiment, the second vibration part 4 has a disk-shaped bottom surface part 11 and a cylindrical part 12 with a circular cross section that expands in diameter as it moves away from the bottom surface part 11, but the configuration of the second vibration part 4 is not limited to this. For example, the cylindrical part 12 does not necessarily have to be flared, and may have a constant diameter from the bottom surface part 11 to the opening 12a. From the viewpoint of stability, reliability, and placement accuracy of the fixing to the first vibration part 3, it is preferable that the second vibration part 4 has a bottom surface part 11, but it is also possible to adopt a configuration in which the bottom surface part 11 is omitted. When the bottom surface part 11 is omitted, the volume of the vibration space S that pushes out the gas containing the linear vibration component can be increased without increasing the height of the second vibration part 4. The cross-sectional shape of the cylindrical part 12 is not limited to a circle, and may be other shapes such as a rectangle, a triangle, an oval, or an ellipse.

上記実施形態では、固定部５は、側板２２のみによって構成されているが、固定部５は、第１の振動部３における延在方向Ｄの一端部３ｃを固定端とし、他端部３ｄを自由端とする構造であれば、任意の構成を採り得る。例えば側板２２の基端側に第１の振動部３と平行な基板が配置されていてもよい。 In the above embodiment, the fixed part 5 is composed only of the side plate 22, but the fixed part 5 may have any configuration as long as one end 3c in the extension direction D of the first vibration part 3 is a fixed end and the other end 3d is a free end. For example, a substrate parallel to the first vibration part 3 may be disposed on the base end side of the side plate 22.

１…振動デバイス、２…圧電素子、３…第１の振動部、３ｃ…一端部、３ｄ…他端部、４…第２の振動部、５…固定部、１１…底面部（固定領域）、Ｄ…延在方向（一の方向）、Ｐ１…圧電素子の配置領域。 1...vibration device, 2...piezoelectric element, 3...first vibration part, 3c...one end, 3d...other end, 4...second vibration part, 5...fixed part, 11...bottom part (fixed area), D...extension direction (one direction), P1...arrangement area of piezoelectric element.

Claims

A piezoelectric element;
a first vibration section extending in one direction and generating bending vibration by driving the piezoelectric element;
a second vibration section that is configured separately from the first vibration section and extracts a linear vibration component from the bending vibration generated in the first vibration section;
a fixed portion having one end of the first vibration portion in the one direction as a fixed end and the other end as a free end in a state separated from the piezoelectric element,
The second vibrating part is cylindrical and fixed to the first vibrating part in a state where it is biased toward the free end side when viewed in a plan view of the first vibrating part.

The vibration device according to claim 1, wherein, in a plan view of the first vibration part, at least a portion of the second vibration part overlaps with an arrangement area of the piezoelectric element.

The vibration device according to claim 1 or 2, wherein the fixing area of the second vibration part relative to the first vibration part is in contact with the edge of the other end side of the first vibration part.

The vibration device according to any one of claims 1 to 3, wherein the bending strength of the first vibration part is greater than the bending strength of the second vibration part.