JP7706891B2 - Vibration Device - Google Patents
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Description
本発明は、振動デバイスに関する。 The present invention relates to a vibration device.
振動デバイスは、圧電素子と、圧電素子が配置された振動板と、を備えている(例えば、特許文献1参照)。 The vibration device includes a piezoelectric element and a vibration plate on which the piezoelectric element is arranged (see, for example, Patent Document 1).
本発明の一側面は、所望する特性が得られる振動デバイスを提供することを目的とする。 One aspect of the present invention aims to provide a vibration device that can achieve desired characteristics.
本発明の一側面に係る振動デバイスは、素体と、素体内に配置された内部電極と、内部電極と接続された外部電極と、を有する圧電素子と、互いに対向している第一主面及び第二主面を有していると共に可撓性を有しており、圧電素子が配置されている振動板と、を備え、振動板は、第一主面と第二主面との対向方向から見たときの第一方向に沿った曲げに対する第一曲げ弾性率と、第一方向に交差する第二方向に沿った曲げに対する第二曲げ弾性率とが異なる。 A vibration device according to one aspect of the present invention comprises a base body, a piezoelectric element having an internal electrode disposed within the base body and an external electrode connected to the internal electrode, and a vibration plate having a first principal surface and a second principal surface opposed to each other, being flexible and on which the piezoelectric element is disposed, the vibration plate having a first bending elastic modulus with respect to bending along a first direction when viewed from the opposing direction of the first principal surface and the second principal surface, which is different from a second bending elastic modulus with respect to bending along a second direction intersecting the first direction.
本発明の一側面に係る振動デバイスでは、圧電素子が配置される振動板の曲げ弾性率が第一方向と第二方向とにおいて異なっている。そのため、振動デバイスでは、振動板に対する圧電素子の配置方向(位置)を変えることにより、圧電素子の変位に対しての振動板における増幅率、変位量などが変化するため、得られる特性(歪みなど)が異なる。したがって、振動デバイスでは、所望する特性が得られる。 In a vibration device according to one aspect of the present invention, the bending elastic modulus of the vibration plate on which the piezoelectric element is arranged differs between a first direction and a second direction. Therefore, in the vibration device, by changing the arrangement direction (position) of the piezoelectric element relative to the vibration plate, the amplification factor and the amount of displacement in the vibration plate relative to the displacement of the piezoelectric element change, and the resulting characteristics (distortion, etc.) differ. Therefore, the vibration device can obtain the desired characteristics.
一実施形態においては、振動板は、フィラーを含んだ樹脂で形成されており、フィラーの長手方向が第一方向又は第二方向に沿っていてもよい。この構成では、フィラーの配向方向によって振動板の曲げ弾性率が異なるため、第一方向と第二方向とにおいて曲げ弾性率が異なる振動板とすることができる。 In one embodiment, the diaphragm is formed of a resin containing a filler, and the longitudinal direction of the filler may be along the first direction or the second direction. In this configuration, the bending modulus of the diaphragm differs depending on the orientation direction of the filler, so that the diaphragm can have a bending modulus that differs between the first direction and the second direction.
一実施形態においては、素体は、直方体形状を呈しており、振動板では、第一曲げ弾性率が第二曲げ弾性率よりも高く、圧電素子は、対向方向から見て、素体の長手方向が第二方向に沿うように振動板に配置されていてもよい。この構成では、振動板は、第一方向に沿って曲がり(撓み)難く、第二方向に沿って曲がり(撓み)易い。この構成において、圧電素子の素体の長手方向が第二方向に沿うように圧電素子を振動板に配置することにより、振動板の過度な撓みを抑えつつ、圧電素子の変位を振動板に伝えることができる。 In one embodiment, the base body has a rectangular parallelepiped shape, the diaphragm has a first bending modulus higher than the second bending modulus, and the piezoelectric element may be arranged on the diaphragm such that the longitudinal direction of the base body is along the second direction when viewed from the opposing direction. In this configuration, the diaphragm is difficult to bend (flex) along the first direction and easy to bend (flex) along the second direction. In this configuration, by arranging the piezoelectric element on the diaphragm such that the longitudinal direction of the base body of the piezoelectric element is along the second direction, it is possible to transmit the displacement of the piezoelectric element to the diaphragm while suppressing excessive flexure of the diaphragm.
一実施形態においては、素体は、直方体形状を呈しており、振動板では、第一曲げ弾性率が第二曲げ弾性率よりも高く、圧電素子は、対向方向から見て、素体の長手方向が第一方向に沿うように振動板に配置されていてもよい。この構成では、振動板は、第一方向に沿って曲がり(撓み)難く、第二方向に沿って曲がり(撓み)易い。この構成において、圧電素子の素体の長手方向が第一方向に沿うように圧電素子を振動板に配置することにより、圧電素子の変位を振動板に対して直接的に伝えることができる。 In one embodiment, the base body has a rectangular parallelepiped shape, the diaphragm has a first bending modulus higher than the second bending modulus, and the piezoelectric element may be arranged on the diaphragm such that the longitudinal direction of the base body is along the first direction when viewed from the opposing direction. In this configuration, the diaphragm is less likely to bend (flex) along the first direction and more likely to bend (flex) along the second direction. In this configuration, by arranging the piezoelectric element on the diaphragm such that the longitudinal direction of the base body of the piezoelectric element is along the first direction, the displacement of the piezoelectric element can be directly transmitted to the diaphragm.
一実施形態においては、素体は、立方体形状を呈しており、振動板では、第一曲げ弾性率が第二曲げ弾性率よりも高く、圧電素子は、対向方向から見て、素体の各辺が第一方向又は第二方向に沿うように振動板に配置されていてもよい。この構成では、振動板の過度な撓みを抑えつつ、圧電素子の変位を振動板に直接的に伝えることができる。 In one embodiment, the element has a cubic shape, the diaphragm has a first bending elastic modulus higher than the second bending elastic modulus, and the piezoelectric element may be arranged on the diaphragm such that each side of the element is aligned along the first direction or the second direction when viewed from the opposing direction. In this configuration, the displacement of the piezoelectric element can be directly transmitted to the diaphragm while suppressing excessive deflection of the diaphragm.
一実施形態においては、素体は、直方体形状を呈しており、振動板では、第一曲げ弾性率が第二曲げ弾性率よりも高く、圧電素子は、対向方向から見て、素体の長手方向が第一方向及び第二方向に交差するように振動板に配置されていてもよい。 In one embodiment, the base body has a rectangular parallelepiped shape, the diaphragm has a first bending elastic modulus higher than the second bending elastic modulus, and the piezoelectric element may be arranged on the diaphragm such that the longitudinal direction of the base body intersects with the first direction and the second direction when viewed from the opposing direction.
一実施形態においては、素体は、立方体形状を呈しており、振動板では、第一曲げ弾性率が第二曲げ弾性率よりも高く、圧電素子は、対向方向から見て、素体の各辺が第一方向及び第二方向に交差するように振動板に配置されていてもよい。 In one embodiment, the base body has a cubic shape, the diaphragm has a first bending elastic modulus higher than the second bending elastic modulus, and the piezoelectric element may be arranged on the diaphragm such that each side of the base body intersects with the first direction and the second direction when viewed from the opposing direction.
本発明の一側面によれば、所望する特性が得られる。 According to one aspect of the present invention, desired characteristics can be obtained.
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。 A preferred embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the attached drawings. In the description of the drawings, the same or corresponding elements are given the same reference numerals, and duplicate descriptions will be omitted.
図1は、一実施形態に係る振動デバイスを示す斜視図である。図2は、振動デバイスの分解斜視図である。図3は、振動デバイスの平面図である。図1、図2及び図3に示されるように、振動デバイス1は、圧電素子3と、振動板5と、を備えている。振動デバイス1は、たとえば、スピーカー、又は、ブザーとして用いられる音響デバイスである。振動デバイス1では、圧電素子3に配線部材50が接続される。配線部材50は、たとえば、フレキシブルプリント基板(FPC)又はフレキシブルフラットケーブル(FFC)である。配線部材50は、後述する外部電極13,14,15と電気的に接続される。
Fig. 1 is a perspective view showing a vibration device according to one embodiment. Fig. 2 is an exploded perspective view of the vibration device. Fig. 3 is a plan view of the vibration device. As shown in Figs. 1, 2, and 3, the vibration device 1 includes a
圧電素子3は、バイモルフ型であり、圧電素体11と、複数の外部電極13,14,15と、を有している。本実施形態では、圧電素子3は、三つの外部電極13,14,15を有している。
The
圧電素体11は、直方体形状を呈している。圧電素体11は、互いに対向している一対の主面11a,11b(第1主面及び第2主面)、互いに対向している一対の側面11c、互いに対向している一対の側面11eを有している。直方体形状には、たとえば、角部及び稜線部が面取りされている直方体の形状、及び、角部及び稜線部が丸められている直方体の形状が含まれる。一対の側面11cが対向している方向は、第一方向D1である。第一方向D1は、各側面11eに直交する方向でもある。一対の側面11cが対向している方向は、第二方向D2である。第二方向D2は、各側面11cに直交する方向でもある。一対の主面11a,11bが対向している方向は、第三方向D3である。第三方向D3は、各主面11a,11bに直交する方向でもある。
The
各主面11a,11bは、一対の長辺と一対の短辺とを有している。各主面11a,11bは、一対の長辺と一対の短辺とを有する長方形状を呈している。すなわち、圧電素子3(圧電素体11)は、平面視で、一対の長辺と一対の短辺とを有する長方形状を呈している。長方形状には、たとえば、各角が面取りされている形状、及び、各角が丸められている形状が含まれる。本実施形態では、主面11a,11bの長辺方向は、第一方向D1と一致する。主面11a,11bの短辺方向は、第二方向D2方向と一致する。
Each of the
一対の側面11cは、一対の主面11a,11bを連結するように第三方向D3に延在している。一対の側面11cは、第二方向D2にも延在している。一対の側面11eは、一対の主面11a,11bを連結するように第三方向D3に延在している。一対の側面11eは、第一方向D1にも延在している。圧電素体11の第一方向D1での長さは、たとえば、20mmである。圧電素体11の第二方向D2での長さは、たとえば、10mmである。圧電素体11の第三方向D3での長さは、たとえば、0.25mmである。各主面11a,11bと各側面11c,11eとは、間接的に隣り合っていてもよい。この場合、各主面11a,11bと各側面11c,11eとの間には、稜線部が位置する。
The pair of
圧電素体11では、図4及び図5に示されるように、複数の圧電体層17a,17b,17c,17d,18a,18b,18c,18d,18e,18fが第三方向D3に積層されている。圧電体層17aは、主面11aを有している。圧電体層18fは、主面11bを有している。圧電体層17b,17c,17d,18a,18b,18c,18d,18eは、圧電体層17aと圧電体層18fとの間に位置している。圧電体層17b,17d,18b,18d,18fの分極の向きは、圧電体層17a,17c,18a,18c,18eの分極の向きと反対である。すなわち、圧電素体11では、第三方向D3において、分極の向きが反対の圧電体層が交互に配置されている。本実施形態では、圧電体層17a,17b,17c,17d,18a,18b,18c,18d,18e,18fの厚さは同じである。「同じ」には、製造誤差の範囲が含まれている。
In the
各圧電体層17a,17b,17c,17d,18a,18b,18c,18d,18e,18fは、圧電材料からなる。本実施形態では、各圧電体層17a,17b,17c,17d,18a,18b,18c,18d,18e,18fは、圧電セラミック材料からなる。圧電セラミック材料には、たとえば、PZT[Pb(Zr、Ti)O3]、PT(PbTiO3)、PLZT[(Pb,La)(Zr、Ti)O3]、又はチタン酸バリウム(BaTiO3)が用いられる。各圧電体層17a,17b,17c,17d,18a,18b,18c,18d,18e,18fは、たとえば、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から構成される。実際の圧電素体11では、各圧電体層17a,17b,17c,17d,18a,18b,18c,18d,18e,18fは、各圧電体層17a,17b,17c,17d,18a,18b,18c,18d,18e,18fの間の境界が認識できない程度に一体化されている。
Each of the
各外部電極13,14,15は、主面11a上に配置されている。外部電極13,14,15は、外部電極13、外部電極14、外部電極15の順で第一方向D1に並んでいる。外部電極13と外部電極14とは、第一方向D1で隣り合っている。外部電極14と外部電極15とは、第一方向D1で隣り合っている。第一方向D1において、外部電極14と外部電極15との最短距離は、外部電極13と外部電極14との最短距離よりも長い。各外部電極13,14,15は、第三方向D3から見て、主面11aの全ての縁(四辺)から離間している。
Each of the
各外部電極13,14は、第三方向D3から見て、長方形状を呈している。長方形状には、たとえば、各角が面取りされている形状、及び、各角が丸められている形状が含まれる。本実施形態では、長方形状の各角が丸められている。外部電極15は、第三方向D3から見て、正方形状を呈している。正方形状には、たとえば、各角が面取りされている形状、及び、各角が丸められている形状が含まれる。本実施形態では、正方形状の各角が丸められている。各外部電極13,14,15は、導電性材料からなる。導電性材料には、たとえば、Ag、Pd、Pt、又はAg-Pd合金が用いられる。各外部電極13,14,15は、たとえば、上記導電性材料を含む導電性ペーストの焼結体として構成されている。
Each of the
圧電素子3は、図4及び図5に示されるように、圧電素体11内に配置されている複数の内部電極21,22,23,24,25,26,27,28,29を備えている。各内部電極21,22,23,24,25,26,27,28,29は、導電性材料からなる。導電性材料には、たとえば、Ag、Pd、Pt、又はAg-Pd合金が用いられる。各内部電極21,22,23,24,25,26,27,28,29は、たとえば、上記導電性材料を含む導電性ペーストの焼結体として構成されている。本実施形態では、各内部電極21,22,23,24,25,26,27,28,29の外形形状は、長方形状を呈している。長方形状には、たとえば、各角が面取りされている形状、及び、各角が丸められている形状が含まれる。
As shown in Figs. 4 and 5, the
各内部電極21,22,23,24,25,26,27,28,29は、第三方向D3において異なる位置(層)に配置されている。内部電極21,22,23,24,25,26,27,28,29の各々は、互いに、第三方向D3に間隔を有して対向している。各内部電極21,22,23,24,25,26,27,28,29は、圧電素体11の表面には露出していない。すなわち、各内部電極21,22,23,24,25,26,27,28,29は、各側面11c,11eには露出していない。各内部電極21,22,23,24,25,26,27,28,29は、第三方向D3から見て、主面11a,11bの全ての縁(四辺)から離間している。
The
内部電極21は、圧電体層17aと圧電体層17bとの間に位置している。内部電極22は、圧電体層17bと圧電体層17cとの間に位置している。内部電極23は、圧電体層17cと圧電体層17dとの間に位置している。内部電極24は、圧電体層17dと圧電体層18aとの間に位置している。内部電極25は、圧電体層18aと圧電体層18bとの間に位置している。内部電極26は、圧電体層18bと圧電体層18cとの間に位置している。内部電極27は、圧電体層18cと圧電体層18dとの間に位置している。内部電極28は、圧電体層18dと圧電体層18eとの間に位置している。内部電極29は、圧電体層18eと圧電体層18fとの間に位置している。
The
外部電極13は、内部電極21と内部電極23と複数の接続導体33とに複数のビア導体43を通して電気的に接続されている。複数の接続導体33は、それぞれ、内部電極22,24,25,26,27,28,29と同じ層に位置している。具体的には、各接続導体33は、各内部電極22,24,25,26,27,28,29に形成された開口内に位置している。各開口は、第三方向D3から見て、外部電極13に対応する位置に形成されている。すなわち、各接続導体33は、第三方向D3から見て、各内部電極22,24,25,26,27,28,29に囲まれている。各接続導体33は、各内部電極22,24,25,26,27,28,29と離間している。
The
各接続導体33は、第三方向D3において外部電極13と対向しており、第三方向D3から見て外部電極13と重なる位置に配置されている。各接続導体33は、第三方向D3において内部電極21,23と対向しており、第三方向D3から見て内部電極21,23と重なる位置に配置されている。複数のビア導体43は、それぞれ、外部電極13と内部電極21と内部電極23と複数の接続導体33との間に位置しており、第三方向D3から見て外部電極13と重なる位置に配置されている。複数のビア導体43は、それぞれ、第三方向D3において、対応する圧電体層17a,17b,17c,17d,18a,18b,18c,18d,18eを貫通している。
Each connecting
外部電極14は、内部電極25と内部電極27と内部電極29と複数の接続導体34とに複数のビア導体44を通して電気的に接続されている。複数の接続導体34は、それぞれ、内部電極21,22,23,24,26,28と同じ層に位置している。具体的には、各接続導体34は、各内部電極21,22,23,24,26,28に形成された開口内に位置している。各開口は、第三方向D3から見て、外部電極14に対応する位置に形成されている。すなわち、各接続導体34は、第三方向D3から見て、各内部電極21,22,23,24,26,28に囲まれている。各接続導体34は、各内部電極21,22,23,24,26,28と離間している。各接続導体34は、各接続導体33と離間している。
The
内部電極22と同じ層に位置している接続導体33と接続導体34は、同じ開口内に隣り合って位置している。内部電極24と同じ層に位置している接続導体33と接続導体34は、同じ開口内に隣り合って位置している。内部電極26と同じ層に位置している接続導体33と接続導体34は、同じ開口内で隣り合って位置している。内部電極28と同じ層に位置している接続導体33と接続導体34は、同じ開口内で隣り合って位置している。
The
各接続導体34は、第三方向D3において外部電極14と対向しており、第三方向D3から見て外部電極14と重なる位置に配置されている。各接続導体34は、第三方向D3において内部電極25,27,29と対向しており、第三方向D3から見て内部電極25,27,29と重なる位置に配置されている。複数のビア導体44は、それぞれ、外部電極14と内部電極25と内部電極27と内部電極29と複数の接続導体34との間に位置しており、第三方向D3から見て外部電極14と重なる位置に配置されている。複数のビア導体44は、それぞれ、第三方向D3において、対応する圧電体層17a,17b,17c,17d,18a,18b,18c,18d,18eを貫通している。
Each connecting
外部電極15は、内部電極22と内部電極24と内部電極26と内部電極28と複数の接続導体35とに複数のビア導体45を通して電気的に接続されている。複数の接続導体35は、それぞれ、内部電極21,23,25,27,29と同じ層に位置している。具体的には、各接続導体35は、各内部電極21,23,25,27,29に形成された開口内に位置している。各開口は、第三方向D3から見て、外部電極15に対応する位置に形成されている。すなわち、各接続導体35の全縁は、第三方向D3から見て、各内部電極21,23,25,27,29に囲まれている。各開口は、第三方向D3から見て、外部電極15に対応する位置に形成されている。
The
各接続導体35は、第三方向D3において外部電極15と対向しており、第三方向D3から見て外部電極15と重なる位置に配置されている。各接続導体35は、第三方向D3において内部電極22,24,26、28と対向しており、第三方向D3から見て内部電極22,24,26、28と重なる位置に配置されている。複数のビア導体45は、それぞれ、外部電極15と内部電極22と内部電極24と内部電極26と内部電極28と複数の接続導体35との間に位置しており、第三方向D3から見て外部電極15と重なる位置に配置されている。複数のビア導体45は、それぞれ、第三方向D3において、対応する圧電体層17a,17b,17c,17d,18a,18b,18c,18d,18eを貫通している。
Each connecting
各接続導体33,34は、第三方向D3から見て、長方形状を呈している。長方形状には、たとえば、各角が面取りされている形状、及び、各角が丸められている形状が含まれる。本実施形態では、長方形状の各角が丸められている。各接続導体35は、第三方向D3から見て、正方形状を呈している。正方形状には、たとえば、各角が面取りされている形状、及び、各角が丸められている形状が含まれる。本実施形態では、正方形状の各角が丸められている。
Each of the
接続導体33,34,35及びビア導体43,44,45は、導電性材料からなる。導電性材料には、たとえば、Ag、Pd、Pt、又はAg-Pd合金が用いられる。接続導体33,34,35及びビア導体43,44,45は、たとえば、上記導電性材料を含む導電性ペーストの焼結体として構成されている。ビア導体43,44,45は、対応する圧電体層17a,17b,17c,17d,18a,18b,18c,18d,18eを形成するためのセラミックグリーンシートに形成された貫通孔に充填された導電性ペーストが焼結することにより形成される。
The
圧電素体11の主面11bには、内部電極21,23と電気的に接続されている導体と、内部電極25,27,29と電気的に接続されている導体と、内部電極22,24,26,28と電気的に接続されている導体は、配置されていない。本実施形態では、主面11bを第三方向D3から見たとき、主面11bの全体が露出している。主面11a,11bは、自然面である。自然面とは、焼成により成長した結晶粒の表面により構成される面である。
On the
圧電素体11の各側面11c,11eにも、内部電極21,23と電気的に接続されている導体と、内部電極25,27,29と電気的に接続されている導体と、内部電極22,24,26,28と電気的に接続されている導体は、配置されていない。本実施形態では、各側面11cを第二方向D2から見たとき、各側面11cの全体が露出している。各側面11eを第一方向D1から見たとき、各側面11eの全体が露出している。本実施形態では、各側面11c,11eも、自然面である。
On each
複数の圧電体層17b,17c,17dにおいて、外部電極13に接続されている内部電極21,23と外部電極15に接続されている内部電極22,24とに挟まれている領域は、圧電的に活性な第1活性領域19を構成する。複数の圧電体層18a,18b,18c,18d,18eにおいて、外部電極14に接続されている内部電極25,27,29と外部電極15に接続されている内部電極24,26,28とに挟まれている領域は、圧電的に活性な第2活性領域20を構成する。第1活性領域19と第2活性領域20は、主面11aと主面11bとの間に配置されている。第2活性領域20は、第1活性領域19よりも主面11b側に配置されている。第1活性領域19及び第2活性領域20は、少なくとも1つの圧電体層によって構成される。
In the plurality of
本実施形態では、第1活性領域19及び第2活性領域20は、第三方向D3から見て、複数の外部電極13,14,15を囲むように位置している。第1活性領域19及び第2活性領域20は、第三方向D3から見て外部電極14と外部電極15との間に位置している領域、及び、第一方向D1から見て外部電極13,14,15が位置している領域の外側の領域を含んでいる。
In this embodiment, the first
圧電素子3では、第三方向D3において、圧電体層、外部電極13に接続されている内部電極、圧電体層、外部電極15に接続されている内部電極の順で構成されたパターンP1が、繰り返し配置されている。圧電素子3では、パターンP1に続いて、第三方向D3において、圧電体層、外部電極14に接続されている内部電極、圧電体層、外部電極15に接続されている内部電極の順で構成されたパターンP2が繰り返し配置されている。
In the
圧電素子3における第1活性領域19及び第2活性領域20に電界が印加された場合の動作について説明する。
The following describes the operation when an electric field is applied to the first
外部電極13と外部電極14とには、極性が異なる電圧が印加される。外部電極15には、外部電極13,14に印加されるような電圧は印加されない。外部電極15は、グラウンド電極として機能する。外部電極13に上述した電圧が印加されると、内部電極21と内部電極22との間、内部電極22と内部電極23との間、内部電極23と内部電極24との間で電界が発生する。内部電極21,23と内部電極22,24との間で電界が発生すると、第1活性領域19に電界が印加され、当該電界に応じて第1活性領域19で力が発生する。この結果、当該力に応じた変位量だけ、第1活性領域19が変位する。
Voltages of opposite polarity are applied to the
外部電極14に上述した電圧が印加されると、内部電極24と内部電極25の間、内部電極25と内部電極26との間、内部電極26と内部電極27との間、内部電極27と内部電極28との間、内部電極28と内部電極29との間で電界が発生する。内部電極25,27,29と内部電極24,26,28との間で電界が発生すると、第2活性領域20に電界が印加され、当該電界に応じて第2活性領域20で力が発生する。この結果、当該力に応じた変位量だけ、第2活性領域20が変位する。この際、第1活性領域19と第2活性領域20とは、互いに逆方向に変位する。このため、外部電極13,14に電圧が印加されると、圧電素子3に撓みが生じる。
When the above-mentioned voltage is applied to the
圧電素子3では、外部電極13,14に交流電圧が印加されると、第1活性領域19及び第2活性領域20は、印加された交流電圧の周波数に応じて伸縮を繰り返す。このため、第1活性領域19と第2活性領域20とは互いに逆方向に伸縮し、圧電素子3が撓み振動する。圧電素子3と振動板5とは接合されている。したがって、振動板5では、圧電素子3における撓み振動に応じて、圧電素子3と一体に撓み振動が生じる。
When an AC voltage is applied to the
図1、図2又は図3に示されるように、振動板5は、互いに対向している主面(第一主面)5a及び主面(第二主面)5bを有している。本実施形態では、振動板5は、板状の部材である。振動板5は、樹脂で形成されている。振動板5は、フィラーを含んだ樹脂で形成されている。フィラーは、長手方向を有しており、たとえば、ガラス繊維、炭素繊維等であってもよい。振動板5は、たとえば、液晶ポリマー(LPC:Liquid Crystal Polymer)で形成されている。各主面5a,5bは、一対の長辺と一対の短辺とを有している。各主面5a,5bは、一対の長辺と一対の短辺とを有する長方形状を呈している。すなわち、振動板5は、平面視で、一対の長辺と一対の短辺とを有する長方形状を呈している。本実施形態では、主面5a,5bの長辺方向は、第二方向D2と一致する。主面5a,5bの短辺方向は、第一方向D1方向と一致する。振動板5の第三方向D3での長さ(厚さ)は、たとえば、1.0mmである。
1, 2 or 3, the
振動板5は、可撓性を有している。振動板5は、異方屈曲性を有している。振動板5は、主面5aと主面5bとの対向方向(第三方向D3)から見て、第一方向D1に沿った曲げに対する第一曲げ弾性率(ヤング率)と、第一方向D1に交差する第二方向D2に沿った曲げに対する第二曲げ弾性率とが異なる。すなわち、振動板5は、第一方向D1に沿って振動板5を曲げたときの第一曲げ弾性率と、第二方向D2に沿って振動板を曲げたときの第二曲げ弾性率とが異なる。振動板5は、第一方向D1に沿って曲げたときの曲げ強度(曲げ剛性)と、第二方向のD2に沿って振動板5を曲げたときの曲げ強度とが異なるとも言える。本実施形態では、振動板5では、第一曲げ弾性率は、第二曲げ弾性率よりも高い。言い換えれば、振動板5では、第二曲げ弾性率は、第一曲げ弾性率よりも低い。つまり、振動板5は、第二方向D2に沿って曲げた場合の方が、第一方向D1に沿って曲げた場合よりも曲がり(撓み)易い。言い換えれば、振動板5は、第一方向D1に沿って曲げた場合の方が、第二方向D2に沿って曲げた場合よりも曲がり難い。振動板5では、フィラーは、その長手方向が第二方向D2に沿うように配列されている。
The
図6(a)は、振動板5を第一方向D1に沿って折り曲げたときの振動板5の状態を示す図である。図6(b)は、振動板5を第二方向D2に沿って折り曲げたときの振動板5の状態を示す図である。図6(a)及び図6(b)に示されるように、振動板5は、振動板5に対して同じ条件(温度等)で同じ力を加えた場合、第一方向D1に沿っている場合よりも、第二方向D2に沿っている場合の方が屈曲する(撓む)。
Figure 6(a) is a diagram showing the state of the
図2に示されるように、接合部材7は、圧電素子3と振動板5とを接合している。接合部材7は、たとえば、長方形状を呈している。接合部材7の外形は、圧電素子3の主面11bの外形と同じ寸法を有している。接合部材7の第一方向D1での長さ(厚さ)は、たとえば、0.2mmである。接合部材7を介して、圧電素体11の主面11bと振動板5の主面5aとが互いに対向している。接合部材7は、主面11bと主面5aとの間に位置している。主面11bと主面5aとが、接合部材7によって接合されている。接合部材7は、たとえば、両面テープである。
2, the
上述のように、圧電素子3では、外部電極13,14に交流電圧が印加されると、第1活性領域19及び第2活性領域20は、印加された交流電圧の周波数に応じて伸縮を繰り返す。このため、第1活性領域19と第2活性領域20とは互いに逆方向に伸縮し、圧電素子3が撓み振動する。本実施形態では、図3に示されるように、このような振動を発生する圧電素子3は、圧電素体11の長手方向(一対の側面11eの対向方向)が振動板5の第二方向D2に沿うように、振動板5の主面5aに配置されている。
As described above, in the
以上説明したように、本実施形態に係る振動デバイス1では、振動板5の曲げ弾性率が第一方向D1と第二方向D2とにおいて異なっている。そのため、振動デバイス1では、振動板5に対する圧電素子3の配置方向(位置)を変えることにより、圧電素子3の変位(撓み振動)に対しての振動板5における増幅率、変位量等が変化するため、得られる特性(歪みなど)が異なる。したがって、振動デバイス1では、所望する特性が得られる。
As described above, in the vibration device 1 according to this embodiment, the bending elastic modulus of the
本実施形態に係る振動デバイス1では、圧電素体11は、直方体形状を呈している。振動板5では、第一曲げ弾性率が第二曲げ弾性率よりも高い。すなわち、振動板5は、第一方向D1に沿って曲げた場合の方が、第二方向D2に沿って曲げた場合よりも曲がり(撓み)難い。この構成において、圧電素子3は、第三方向D3から見て、圧電素体11の長手方向が第二方向D2に沿うように振動板5に配置されていている。この構成では、圧電素子3の圧電素体11の長手方向が第二方向D2に沿うように圧電素子3を振動板5に配置することにより、振動板5の過度な撓みを抑えつつ、圧電素子3の変位を振動板に伝えることができる。これにより、振動デバイス1が音響デバイスである場合、周波数変化による音圧の強弱の変化が抑制され、音質がシャープになり得る。
In the vibration device 1 according to this embodiment, the
本実施形態に係る振動デバイス1では、振動板5は、フィラーを含んだ樹脂で形成されており、フィラーの長手方向が第二方向D2に沿っている。この構成では、フィラーの配向方向によって振動板5の曲げ弾性率が異なるため、第一方向D1と第二方向D2とにおいて曲げ弾性率が異なる振動板5とすることができる。
In the vibration device 1 according to this embodiment, the
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not necessarily limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible without departing from the spirit of the present invention.
上記実施形態では、圧電素子3は、第三方向D3から見て、圧電素体11の長手方向が第二方向D2に沿うように振動板5に配置されていている形態を一例に説明した。しかし、図7に示されるように、圧電素子3は、第三方向D3から見て、圧電素体11の長手方向が第一方向D1に沿うように振動板5に配置されていてもよい。この構成では、圧電素子3の変位を振動板5に対して直接的に伝えることができる。これにより、振動デバイス1が音響デバイスである場合、最大音圧を向上されることができると共に、位相のずれを抑制できるため歪みを抑制できる。
In the above embodiment, an example was described in which the
上記実施形態では、圧電素子3の圧電素体11が、直方体形状である形態を一例に説明した。しかし、図8に示されるように、圧電素子3Aの圧電素体11Aは、立方体形状を呈していてもよい。圧電素子3Aは、第三方向D3から見て、圧電素体11Aの各辺が第一方向D1又は第二方向D2に沿うように振動板5に配置されている。この構成では、振動板5の過度な撓みを抑えつつ、圧電素子3の変位を振動板に直接的に伝えることができる。これにより、振動デバイス1が音響デバイスである場合、第一方向D1と第二方向D2とにおいて共振周波数が異なるため、音圧のピークが分散し、周波数の変化による音圧の強弱の変化が抑制され、かつ、位相のずれを抑制できるため歪みを抑制できる。
In the above embodiment, the
上記実施形態では、振動板5は、第一方向D1に沿った曲げに対する第一曲げ弾性率(ヤング率)と、第一方向D1に交差する第二方向D2に沿った曲げに対する第二曲げ弾性率とが異なる形態を一例に説明した。しかし、図9及び図10に示されるように、振動板5Aは、第三方向D3から見たときの第一方向(図9,10の実線の矢印方向)に沿った曲げに対する第一曲げ弾性率と、第一方向に交差する第二方向(図9,10の破線の矢印方向)に沿った曲げに対する第二曲げ弾性率とが異なってもよい。この構成において、圧電素子3は、第三方向D3から見て、圧電素体11の長手方向が第一方向及び第二方向に交差するように振動板5Aの主面5Aaに配置されている。
In the above embodiment, the
また、図11に示されるように、振動板5Aは、第三方向D3から見たときの第一方向(図11の実線の矢印方向)に沿った曲げに対する第一曲げ弾性率と、第一方向に交差する第二方向(図11の破線の矢印方向)に沿った曲げに対する第二曲げ弾性率とが異なってもよい。この構成において、圧電素子3Aは、第三方向D3から見て、圧電素体11Aの各辺が第一方向及び第二方向に交差するように振動板5Aに配置されている。
Also, as shown in FIG. 11, the
上記実施形態では、圧電素子3がバイモルフ型である形態を一例に説明した。しかし、圧電素子3は、たとえば、ユニモルフ型であってもよいし、その他の態様の圧電素子であってもよい。
In the above embodiment, the
上記実施形態では、振動板5が液晶ポリマーで形成されている形態を一例に説明した。しかし、振動板5は、他の樹脂で形成されていてもよい。
In the above embodiment, an example was described in which the
上記実施形態では、振動板5がフィラーを含んだ樹脂で形成されている形態を一例に説明した。しかし、振動板5は、他の態様であってもよい。たとえば、振動板5は、木材であってよい。また、振動板5は、一方向に沿って延在する第一部材と第二部材とが交互に配置されていてもよい。この場合、第一部材と第二部材との硬度が異なっており、それぞれが第一方向D1又は第二方向D2に沿って配置されている。これにより、振動板5は、第一方向D1に沿って曲げたときの第一曲げ弾性率と、第二方向D2に沿って曲げたときの第二曲げ弾性率とが異なる。
In the above embodiment, the
1…振動デバイス、3,3A…圧電素子、5,5A…振動板、5a…主面(第一主面)、5b…主面(第二主面)、11,11A…圧電素体、13,14,15…外部電極、21,22,23,24,25,26,27,28,29…内部電極、D1…第一方向、D2…第二方向。 1...vibration device, 3, 3A...piezoelectric element, 5, 5A...vibration plate, 5a...principal surface (first principal surface), 5b...principal surface (second principal surface), 11, 11A...piezoelectric body, 13, 14, 15...external electrodes, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29...internal electrodes, D1...first direction, D2...second direction.
Claims (3)
互いに対向している一対の主面を有している素体と、前記素体内に配置された内部電極と、前記内部電極と接続された外部電極と、を有する圧電素子と、
互いに対向している第一主面及び第二主面を有していると共に可撓性を有しており、前記圧電素子が配置されている振動板と、を備え、
前記素体の一対の主面のそれぞれは、一対の前記主面の対向方向から見て、正方形形状を呈しており、
前記振動板では、前記第一主面と前記第二主面との対向方向から見たときの第一方向に沿った曲げに対する第一曲げ弾性率が、前記第一方向に交差する第二方向に沿った曲げに対する第二曲げ弾性率よりも高く、
前記圧電素子は、前記第一主面と前記第二主面との前記対向方向から見て、前記素体の各辺が前記第一方向又は前記第二方向に沿うように前記振動板に配置されている、振動デバイス。 A vibration device that is an acoustic device,
a piezoelectric element including an element body having a pair of main surfaces facing each other, an internal electrode disposed within the element body, and an external electrode connected to the internal electrode;
a vibration plate having a first main surface and a second main surface facing each other and having flexibility, the vibration plate having the piezoelectric element disposed thereon;
each of a pair of main surfaces of the element body has a square shape when viewed from a direction in which the pair of main surfaces face each other;
In the diaphragm, a first bending elastic modulus with respect to bending along a first direction when viewed from a direction in which the first principal surface and the second principal surface face each other is higher than a second bending elastic modulus with respect to bending along a second direction intersecting the first direction,
A vibration device in which the piezoelectric element is arranged on the vibration plate so that each side of the body is aligned along the first direction or the second direction when viewed from the opposing direction between the first main surface and the second main surface.
互いに対向している一対の主面を有している素体と、前記素体内に配置された内部電極と、前記内部電極と接続された外部電極と、を有する圧電素子と、
互いに対向している第一主面及び第二主面を有していると共に可撓性を有しており、前記圧電素子が配置されている振動板と、を備え、
前記素体の一対の主面のそれぞれは、一対の前記主面の対向方向から見て、正方形形状を呈しており、
前記振動板では、前記第一主面と前記第二主面との対向方向から見たときの第一方向に沿った曲げに対する第一曲げ弾性率が、前記第一方向に交差する第二方向に沿った曲げに対する第二曲げ弾性率よりも高く、
前記圧電素子は、前記第一主面と前記第二主面との前記対向方向から見て、前記素体の各辺が前記第一方向及び前記第二方向に交差するように前記振動板に配置されている、振動デバイス。 A vibration device that is an acoustic device,
a piezoelectric element including an element body having a pair of main surfaces facing each other, an internal electrode disposed within the element body, and an external electrode connected to the internal electrode;
a vibration plate having a first main surface and a second main surface facing each other and having flexibility, the vibration plate having the piezoelectric element disposed thereon;
each of a pair of main surfaces of the element body has a square shape when viewed from a direction in which the pair of main surfaces face each other;
In the diaphragm, a first bending elastic modulus with respect to bending along a first direction when viewed from a direction in which the first principal surface and the second principal surface face each other is higher than a second bending elastic modulus with respect to bending along a second direction intersecting the first direction,
A vibration device, wherein the piezoelectric element is arranged on the vibration plate so that each side of the body intersects with the first direction and the second direction when viewed from the opposing direction of the first main surface and the second main surface.
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