CN102027609B

CN102027609B - 压电元件以及音响装置

Info

Publication number: CN102027609B
Application number: CN2009801171495A
Authority: CN
Inventors: 田实佳郎; 安藤正道; 吴竹悟志
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd; Kansai University
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2008-05-12
Filing date: 2009-04-07
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2029-04-07
Also published as: JPWO2009139237A1; US20110109204A1; WO2009139237A1; JP5473905B2; EP2290719A1; EP2290719B1; US8183751B2; CN102027609A; EP2290719A4

Abstract

对于具备例如聚乳酸那样通过拉伸从而表现压电性的压电片的压电元件，存在压电片沿着拉伸方向容易裂开的问题。例如在要构成双压电晶片型压电元件(31)时，构成为一个压电片(32)的拉伸轴(39)和另一个压电片(33)的拉伸轴(40)向着相互不同的方向。优选地，使一个拉伸轴(39)和另一个拉伸轴(40)以90度角交叉。

Description

压电元件以及音响装置

技术领域

本发明涉及压电元件以及音响装置，特别是涉及具备由例如聚乳酸那样的、通过拉伸来表现压电性的高分子组成的压电片的压电元件、以及用其构成的音响装置。

背景技术

例如在日本特开平5-152638号公报(专利文献1)中记载了通过拉伸聚乳酸的成形物来得到具有压电常数d₁₄的压电片。即，如图16所示那样，假设在由聚乳酸构成的压电片11上，在图的上下面分别形成电极，并且在“3”轴方向上实施了拉伸，若在电极面的法线方向、即“1”轴方向上施加电场，则在“1”轴的旋转方向、即“4”轴方向上会产生应变。

通过将由这种聚乳酸构成的压电片设成单压电晶片(unimorph)或者双压电晶片(bimorph)的构成，能够得到用于扬声器或麦克风等的压电振子等的压电元件。在专利文献1中，虽然对这种用途进行了记载，但是其构成方法只是记载为“在拉伸后的成形物是薄膜的情况下将其切成合适的大小从而形成产品”(第0018段)而没有详细的记载。

另一方面，拉伸后的薄片，存在沿着拉伸方向容易裂开的问题。在这种情况下，如果进行2轴拉伸，则易裂性会被一定程度缓和。另外，为了保持较大的压电性，实际上必须形成为在1轴方向上被拉伸至4～6倍的状态。因此，在X轴方向和Y轴方向的2轴拉伸的情况下，必须将Y轴方向上的拉伸倍率相对于X轴方向上的拉伸倍率之比设为1∶4～1∶6。例如，如果在X轴方向上拉伸了2倍，则必须在Y轴方向上实施8倍以上的拉伸。

但是，即使进行了上述那样的2轴拉伸，虽然易裂性的问题被一定程度缓和，但还依然存在。特别是在将压电片用于致动器或者扬声器等的情况下，由于在压电片上总是产生较大的应力，所以上述的易裂性的问题较严重。

另外，这种问题并不限于由聚乳酸构成的压电片，凡是由主要成分是以手性分子为单位的螺旋高分子构成、且通过拉伸而表现压电性的压电片都会遭遇这个问题。

专利文献1：日本特开平5-152638号公报

发明内容

于是，本发明的目的在于，提供一种具备能够解决上述问题的压电片的压电元件、以及用其构成的音响装置。

本发明首先针对压电元件，其特征在于，该压电元件具备：具有规定的拉伸轴且由主要成分是以手性分子为单位的螺旋高分子构成的多个被层叠的压电片、和在各压电片的两主面上形成的电极，为了解决上述的技术问题，在多个压电片中，至少有一个压电片的拉伸轴的方向与其他压电片的拉伸轴的方向不同。

另外，所谓“拉伸轴”，在是1轴拉伸的情况下，指的是向着该拉伸方向的轴，而在如2轴拉伸那样、在多个方向上拉伸的情况下，指的是向着以最大的拉伸倍率被拉伸的方向的轴。

对于本发明涉及的压电元件，优选地，在多个压电片中，至少有一个压电片的拉伸轴相对于其他压电片的拉伸轴形成90度的角度，即使在偏离了90度的情况下，也优选尽可能接近90度。

上述压电片典型地是矩形状。在这种情况下，优选地，压电片的一边相对于拉伸轴形成大于0度且小于90度的角度，更优选地，形成在25度以上且65度以下的角度，最优选地，形成45度的角度。

对于本发明涉及的压电元件，在第1优选实施方式中，多个压电片包含在层叠方向上相互邻接且拉伸轴的方向相互不同的第1和第2压电片，为了使第1压电片的主面上形成的电极和第2压电片的主面上形成的电极相互电绝缘，在第1压电片和第2压电片之间形成有绝缘层。

对于本发明涉及的压电元件，在第2优选实施方式中，多个压电片包含拉伸轴向着第1方向的第1压电片、和拉伸轴向着与第1方向不同的第2方向的第2压电片，通过将第1压电片和第2压电片交替层叠来构成第1和第2中间层叠体。并且，第1和第2中间层叠体以第1压电片彼此或者第2压电片彼此相互邻接的方式被层叠。

构成压电片的螺旋高分子优选是聚乳酸。

另外，优选地，将铟锡氧化物、氧化铟·氧化锌、或者氧化锌作为电极的主要成分。或者，优选地，将聚噻吩作为电极的主要成分。

本发明还针对具备上述的本发明涉及的压电元件的音响装置。

根据本发明涉及的压电元件，由于在多个压电片中，至少有一个压电片的拉伸轴的方向与其他压电片的拉伸轴的方向不同，所以某个压电片的容易裂开的方向上的强度被其他压电片加强，因此，提高了作为多个压电片层叠体的强度。特别是，若至少一个压电片的拉伸轴与其他压电片的拉伸轴形成90度的角度，则能够得到最大的强度。

若压电片是矩形状，且压电片的一边相对于拉伸轴形成大于0度且小于90度的角度，则与该角度是0度或者90度相比，能够大幅度地增大施加电场时的振幅。若进一步进行限定，当压电片的一边相对于拉伸轴形成25度以上且65度以下的角度时，能够得到更大的振幅，进而，若形成45度的角度则能够得到最大的振幅。

若多个压电片包含在层叠方向上相互邻接且拉伸轴的方向相互不同的第1和第2压电片，为了使第1压电片的主面上形成的电极和第2压电片的主面上形成的电极相互电绝缘，在第1压电片和第2压电片之间形成有绝缘层，则只要将第1和第2压电片这2个压电片层叠就能够构成压电元件。

若作为多个压电片而包含拉伸轴向着第1方向的第1压电片、和拉伸轴向着与第1方向不同的第2方向的第2压电片，通过将第1压电片和第2压电片交替层叠来构成第1和第2中间层叠体，第1和第2中间层叠体以第1压电片彼此或者第2压电片彼此相互邻接的方式被层叠，则不用增大所施加的电压也能够增大每个压电片中的电场强度，其结果，能够提高每个压电片自身的应力并且能够增大变位量。

若使用聚乳酸作为构成压电片的螺旋高分子，则能够得到具有良好透明性的压电片。另外，利用聚乳酸，则能够实现稳定的压电特性，并且能够提供廉价的压电元件。进而，由于聚乳酸是碳中性也是生物分解性，所以在地球环境保护方面也令人满意。

若电极将铟锡氧化物、氧化铟·氧化锌、或者氧化锌作为主要成分，则如果压电片具有透明性就能够将压电元件设为透明。特别是，若将聚乳酸用于压电片，则由于聚乳酸的透明度非常高，所以压电元件能够基本完全透明。

若电极将聚噻吩作为主要成分，则由于聚噻吩是高分子且较柔软，所以能够构成为实际上不会阻碍压电片的变形或者振动。另外，对于将聚噻吩作为主要成分的电极，不需要溅射等烦杂且高价的工序，而例如仅仅通过涂敷这种简单的工序就能够廉价地形成。

若使用本发明涉及的压电元件构成音响装置，则能够构成例如透明的扬声器。这种扬声器不会遮住视线，即使在显示屏的表面也能够配置。

附图说明

图1表示了作为本发明的第1实施方式的压电元件的双压电晶片型压电元件31，其中(a)是俯视图，(b)是主视图，(c)是(b)的部分C的剖视放大图。

图2是表示图1所示的压电片32被施加电场时的变形形态的俯视图。

图3是表示图1所示的双压电晶片型压电元件31被施加电场时的变形形态的立体图。

图4是表示将图1所示的双压电晶片型压电元件31的一边设为固定端43并施加电场时的变形形态的立体图。

图5是用于说明从主压电片46切出图1所示的压电片32以及33的优选方法的俯视图。

图6表示了将2枚PLLA片52和53对齐拉伸轴方向贴合而构成的双压电晶片型压电元件51，其中(a)是俯视图，(b)是剖视放大图。

图7是表示图6所示的双压电晶片型压电元件51的拉伸轴方向和变位的关系的图。

图8表示了使拉伸轴方向不同将2枚PLLA片52和53贴合而构成的双压电晶片型压电元件51，其中(a)是俯视图，(b)是剖视放大图。

图9是表示图8所示的双压电晶片型压电元件51的拉伸轴方向θ₁和θ₂与变位的关系的图。

图10是以2维平面方式表示图9的图。

图11是表示本发明的第2实施方式的双压电晶片型压电元件71并与图1的(c)相对应的图。

图12是表示使用图1所示的双压电晶片型压电元件31构成的扬声器91的主视图。

图13是表示图12所示的双压电晶片型压电元件31的优选振动模式的立体图。

图14是表示作为图12所示的扬声器21的优选用途的便携式游戏机95的主视图。

图15是表示作为图12所示的扬声器91的优选用途的移动电话98的主视图。

图16是用于说明由聚乳酸构成的压电片11的拉伸轴方向、电场方向以及应变方向的关系的图。

图17是表示在保持一边的朝向和拉伸轴12的朝向一致的状态下按矩形形状切割图16所示的压电片11而得到的压电片被施加电场时的变形形态的俯视图。

图18是表示具有将2枚图17所示的压电片11贴合而成的构造的双压电晶片型压电元件15的一部分的剖视放大图。

图19是表示图18所示的双压电晶片型压电元件15被施加电场时的变形形态的立体图。

图20是表示将图19所示的双压电晶片型压电元件15的一边设为固定端25并施加电场时的变形形态的立体图。

图中符号说明：

31、51、71...双压电晶片型压电元件

32、33、73、75...压电片

34～37、54～57、78～82...电极

38、58...绝缘层

39、40、59、60、72、74...拉伸轴

41、42、63、64...电场

52、53...PLLA片

76、77...中间层叠体

91...扬声器

95...便携游戏机

98...移动电话机

具体实施方式

在保持一边的朝向和拉伸轴12的朝向一致的状态下，按矩形形状切割上述的图16所示的具有压电常数d₁₄的压电片11而得到的压电片以俯视图的形式表示在图17中。如果向图17所示的压电片12施加电压，以使得例如其纸面表面侧的主面上的电极(未图示)为0V，其纸面背面侧的主面上的电极(未图示)为10V，则压电片12会从图17的用虚线表示的原先状态变形为用实线表示的状态。

图18是表示将2枚上述那样的压电片叠加而构成的双压电晶片型压电元件15的一部分的剖视图。

参照图18，双压电晶片型压电元件15具有2枚压电片16和17贴合而形成的构造，在压电片16的向着外侧的主面上形成有电极18，在压电片16和17之间、且压电片16和17的各向着内侧的主面上形成有电极19，在压电片17的向着外侧的主面上形成有电极20。另外，电极18～20的厚度实际上与压电片16和17的厚度相比非常薄，在图18中将其夸张表示。

2枚压电片16和17各自的拉伸轴21和22互相朝着相同的方向。在这一点上，图18所示的双压电晶片型压电元件15是本发明的范围外的参考例。

例如，若向电极18和20相对地施加正电位(例如10V)并向电极19相对地施加负电位(例如0V)，则向压电片16施加的电场23和向压电片17施加的电场24反向，若将规定的方向视为基准，则压电片16和17以一方伸长、另一方缩短的方式动作。结果导致了图19所示那样的变形。在这种状态下，如果将双压电晶片型压电元件15的一边作为固定端25固定，则导致双压电晶片型压电元件15如图20所示那样变形。并且，如果作为电场23和24施加交流电压，则双压电晶片型压电元件15发生振动。

但是，这种方式的振动对于双压电晶片振动来说并不是优选的，另外，变位量也较小。这是因为在双压电晶片型压电元件15的、与固定端25相对置的边的中央部，变位量实际上为0。

另外，对于双压电晶片型压电元件15来说，虽然电极18～20的构成比较简单，但是由于2枚压电片16和17各自的拉伸轴21和22如上述那样互相朝着相同的方向，所以存在沿该拉伸轴易裂的问题。

通过下面所说明的双压电晶片型压电元件解决了这些问题。

双压电晶片型压电元件31具有贴合2枚压电片32和33的构造，该2枚压电片32和33分别由聚乳酸构成。如图1的(c)所示那样，压电片32的向着外侧的主面上形成有电极34，压电片32的向着内侧的主面上形成有电极35。另外，压电片33的向着内侧的主面上形成有电极36，压电片33的向着外侧的主面上形成有电极37。另外，电极35和电极36借助于绝缘层38以相互电绝缘的状态相互接合。另外，电极34～37以及绝缘层38的各自的厚度实际上与压电片32和33的厚度相比非常薄，在图1的(c)中将其夸张表示。

若如上述那样由聚乳酸构成压电片32和33，则对于压电片32和33来说，即能够得到稳定的压电特性也能够得到良好的透明性。但是，如果不是特别期望这种优点，也可以将聚乳酸以外的、主要成分是以手性分子为单位的螺旋高分子作为压电片32和33的材料来使用。

另外，当具有手性的单体(存在对映异构体的单体)成为高分子时未必一定成为螺旋构造。对于存在对映关系的物质，在是生物高分子的情况下，一方被称为L体，另一方被称为D体。在L体是螺旋高分子的情况下，D体也是螺旋高分子，其螺旋方向相反。L体高分子和D体高分子混合而成的高分子由于具有互相抵消的关系，所以不会显现旋光性和压电性。

即使是不具有手性的单体，通过聚合而形成高分子时也呈现螺旋构造，则该高分子也具有手性。对于谷氨酸或者乳酸，由于单体中含有不对称碳，所以具有手性，也是螺旋高分子(手性高分子)。对于聚乳酸，在合成的过程中通过微生物的作用由淀粉合成L型的聚乳酸。所以，通常使用的聚乳酸是L型聚乳酸(PLLA：Poly-L-Lactic-Acid)。

电极34～37优选是由将铟锡氧化物、氧化铟·氧化锌、或者氧化锌作为主要成分的物质构成。若由于这样的材料具有透明性，而压电片32和33具有透明性，则能够使双压电晶片型压电元件31具有透明性。特别是，若压电片32以及33由聚乳酸构成，则双压电晶片型压电元件31能够得到较高的透明度。

对于电极34～37，优选将聚噻吩作为主要成分。由于聚噻吩较柔软，所以能够构成为实际上不会阻碍压电片32和33的变形或者振动。

对于上述电极34～37的形成，在使用有机材料的情况下，可以仅仅应用涂敷，在使用氧化锌等的情况下，可以应用溅射，在使用金属的情况下，可以使用蒸镀、溅射、电镀、薄膜的粘接等。

绝缘层38优选由具有透明性和挠性的树脂构成。例如，可以使用环氧树脂、硅树脂、苯乙烯丁二烯共聚物等。另外，即使构成绝缘层38的树脂自身的透明度较低，由于绝缘层38非常薄，所以也能够实际上使绝缘层38具有透明性，但是优选构成绝缘层38的树脂自身的透明度较高。

图1的(a)和(c)表示了压电片32的拉伸轴39以及压电片33的拉伸轴40。另外，这些拉伸轴39和40虽然是向着对压电片32和33所施加的拉伸的方向的轴，但是例如在是2轴拉伸那样的在多个方向上被拉伸的情况下，其是向着以最大的拉伸倍率被拉伸的方向的轴。

对于本发明的实施方式的双压电晶片型压电元件31，其特征是压电片32的拉伸轴39的方向和压电片33的拉伸轴40的方向互不相同。特别是，在该实施方式中，压电片32的拉伸轴39相对于压电片33的拉伸轴40形成90度的角度。由此，针对沿着拉伸方向的易裂性，双压电晶片型压电元件31能够提供最大的强度。

另外，被拉伸的压电片32和33具有双折射性。因此，在通过压电片32或者33的光被分解成了正交的两个直线偏振光的情况下，在这两个直线偏振光之间产生相位差。其结果，在透过压电片32或者33观察物体时，影像有时会模糊。但是，在如该实施方式的双压电晶片型压电元件31那样、以拉伸轴39和40相互形成90度角的方式层叠压电片32和33的情况下，两个直线偏振光之间的相位差消失，双压电晶片型压电元件31自身的双折射性消失。所以，在透过该双压电晶片型压电元件31观察物体时，影像不会发生模糊。

在该实施方式中，压电片32和33是矩形状，进一步特定是正方形形状。压电片32和33的各自的一边分别相对于拉伸轴39和40形成45度的角度。因此，如后面具体说明的那样，能够得到最大的振幅。

在只取出压电片32和33中的一个压电片例如压电片32并以将电极34例如设为0V而将电极35例如设为10V的方式施加电压时，会产生如图2所示那样的变形。即，压电片32在图2中从以虚线表示的原先的状态变形为以实线表示的状态。简单来说，以在相对于拉伸轴39成±45度角的方向上较大程度地伸缩的方式发生变形。

图3和图4表示了双压电晶片型压电元件31的变形或者振动的状态。

双压电晶片型压电元件31是将产生上述图2所示那样的变形的压电片32和产生同样变形的压电片33贴合而形成的，各自的拉伸轴39和40相互正交。针对这种双压电晶片型压电元件31，例如若向电极34和36相对地提供正电位(例如10V)，向电极35和37相对地提供负电位(例如0V)，则会如图1的(c)所示那样，对压电片32施加的电场41和对压电片33施加的电场42方向相同。其结果，若双压电晶片型压电元件31的4个角的部分被固定，则会产生图3所示那样的变形。在这种状态下，如果将双压电晶片型压电元件31的一边作为固定端43进行固定，则双压电晶片型压电元件31会产生图4所示那样的变形。并且，如果作为电场41和42施加了交流电压，则双压电晶片型压电元件31发生振动。

从图4可以得知，双压电晶片型压电元件31能够提供较大的变位量。另外，如上述那样，由于2枚压电片32和33的各自的拉伸轴39和40向着相互不同的方向，所以能够避免沿着拉伸轴容易裂开之类的问题。

图5用于说明从主压电片46切出用于双压电晶片型压电元件31的压电片32和33的优选方法。

在图5中，以俯视图的方式表示了具有拉伸轴47的主压电片46。一个压电片32以其长轴48向着相对于拉伸轴47成45度角的状态被从这种主压电片46中切出，另一个压电片33以其长轴49向着相对于拉伸轴47成-45度角的状态被从这种主压电片46中切出。并且，如果以互相重合的方式将这样切出的压电片32和压电片33层叠，则能够得到压电片32的拉伸轴39和压电片33的拉伸轴40相互正交的状态。

另外，将从主压电片46中切出的压电片32和33的各自的形状设为长方形而非正方形是为了不搞错压电片32和压电片33的层叠方向。所以，若要得到图1的(a)所示那样的正方形的双压电晶片型压电元件31，则可以在贴合了压电片32和33之后切断为正方形即可。另外，根据切断的方式，能够得到具有矩形以外的任意的形状的双压电晶片型压电元件。

如上述那样，在矩形的压电片的一边相对于拉伸轴成45度的角度时，能够得到最大的振幅，但是还要研究在压电片的一边和拉伸轴之间的角度发生变化时振幅如何变化。

图6表示了作为上述研究对象的双压电晶片型压电元件51，其中(a)是俯视图，(b)是剖视放大图。

双压电晶片型压电元件51具有2枚PLLA片52和53。在一个PLLA片52的各主面上分别形成有电极54和55，在另一个PLLA片53的各主面上分别形成有电极56和57。另外，在电极55和电极56之间形成有绝缘层58。

在这种双压电晶片型压电元件51中，2枚PLLA片52和53的各自的拉伸轴59和60向着相互相同的方向。在这一点上，图6所示的双压电晶片型压电元件51在本发明的范围之外。另外，在后面的说明中，在不需要相互区别向着相同方向的拉伸轴59和拉伸轴60的情况下，代表两者而称呼“拉伸轴59”。

将这种双压电晶片型压电元件51的一边设为固定端61，使该固定端61的法线62和拉伸轴59形成的角度θ在0～90度的范围内变化，并根据静态有限元分析计算求出的变位表示在图7中。另外，由于法线62与PLLA片52和53的各自的一边平行地延伸，所以上述角度θ等于PLLA片52和53的各自的一边和拉伸轴59形成的角度。

图7所示的变位是求出的在与双压电晶片型压电元件51的固定端61相对置的边的中央部上的变位。另外，对于PLLA片52和53，设为压电常数d₁₄＝20pC/N，长×宽×厚度＝50mm×50mm×0.08mm。另外，如图6的(b)所示那样，以使对PLLA片52施加的电场63和对PLLA片53施加的电场64相互反向的方式向电极54～57施加30V的交流电压。

另外，将电极54～57分别设为理想电极，厚度为0。

从图7可以得知，法线62和拉伸轴59形成的角度θ为45度时表示最大变位。另外，当角度θ在25度～65度的范围内时确保了最大变位的约90％以上。并且，如果角度θ是大于0度且小于90度的角度，则与0度或者90度的情况相比变位飞跃地变大。

上面的研究针对的是2枚PLLA片52和53的各自的拉伸轴59和60相互向着相同方向的情况，接着对2枚PLLA片52和53的各自的拉伸轴59和60的方向相互不同的情况进行研究。

图8是与图6相对应的图，表示了作为上述情况的研究对象的双压电晶片型压电元件51。在图8中，对与图6所示的要素相当的要素赋予相同的参照符号，并省略了重复的说明。如图8所示那样，以第1PLLA片52的拉伸轴59相对于法线62形成θ1的角度，第2PLLA片53的拉伸轴60相对于法线62形成θ2的角度的方式将第1PLLA片52和第2PLLA片53重叠。关于其他的点，在与参照图6说明的条件相同的条件下，构成双压电晶片型压电元件51，在同样的条件下施加交流电压，并将通过静态有限元分析对此时的角度θ1及θ和变位之间的关系进行计算得到的结果表示在图9中。另外，图10是将图9进行2维平面表示的图。

在图9和图10中，被加了最浓的阴影的区域是包含了表示双压电晶片压电元件51的最大变位的点并且能够确保该最大变位的约90％以上的区域。最大变位是在θ1＝45度、θ2＝-45度时得到的，此时，由于第1片52的拉伸轴59和第2片53的拉伸轴60形成的角度是90度，所以双压电晶片型压电元件51的强度最大。

为了使双压电晶片型压电元件51高效地变位或者振动，在图9或者图10中，使用变位较大区域即可。如上述那样，虽然得到最大变位是在θ1＝45度、θ2＝-45度时，但是例如在从图5所示的主压电片46切出这种实现了最大变位的压电片的情况下，会产生较多浪费，或者会无法进行大面积的切出。

另一方面，双压电晶片型压电元件51的变位量基本与所施加的电压的大小成比例。所以，如果是能够得到相对于最大变位是约90％以上的变位的区域，则不足的变位量能够通过提高驱动电压来处理，通常，对于这样提高驱动电压完全能够以驱动系统电源的余力来应对。

若要确保最大变位的约90％以上，由图10可以得知，将第1片52的拉伸轴方向的角度θ1设为约25度～约65度的范围，并将第2片53的拉伸轴方向的角度θ2设为约-65度～约-25度的范围即可。

若想在满足上述条件的同时使双压电晶片型压电元件51的强度最大，则进而使θ2-θ1＝90度的关系成立即可。另一方面，例如，在θ1＝40度而θ2＝-30度的情况下，第1片52的拉伸轴59和第2片53的拉伸轴60形成的角度是70度，但是，即使在这种情况下，也能够得到至少与拉伸轴一致的情况相比足够高的强度。

这里，对实现最大振幅的约90％以上的同时也能够提供足够的强度的角度θ1和θ2的范围进行考察。

在图10中，被加了最浓的阴影的区域形成为大致椭圆形，其轮廓可以近似地表示为：

θ1＝20cos t+12sin t+45 ...(1)

θ2＝20cos t-12sin t-45 ...(2)

(其中，0≤t＜2π)

将上式(1)和(2)变换成表示区域的式子，则，

9(θ1+θ2)²+25(θ2-θ1+90)²≤14400 ...(3)

此时，θ1和θ2根据式(1)和(2)成为，

θ1-θ2＝-24sin t+90 ...(4)

这里，由0≤t＜2π得出-1≤sin t≤1，因此θ1-θ2的最小值为66度，最大值为114度，在是114度的情况下，从180度将其减去会得到相同值的66度。66度是与强度为最小的0度相比足够大的值，可以考虑是足够能够避免PLLA片52和53沿着拉伸轴59和60裂开的不理想情况的角度。

所以，可以说对于振幅以及强度来说，最佳的范围存在于θ1和θ2满足上述的式(3)的领域内。

接着，对本发明的第2实施方式进行说明。

对于由聚乳酸等构成的压电片来说，其中的电场强度越高则其变位越大。为了增大压电片中的电场强度，增大施加的电压即可，但是在压电元件被搭载于移动设备等中的情况下，得到较高的电压是比较困难的。因此，由于电场强度与电压成比例而与电极间距离成反比例，所以如果使压电片变薄，则压电片中的电场强度会变高。但是，若压电片变得太薄，则压电片自身的应力会弱于电极的强度，结果有时会得不到所希望的应变。

另一方面，对于双压电晶片，通过将伸长的压电片和缩短的压电片叠合来产生变位，但是一个双压电晶片中只存在一个伸长的压电片和缩短的压电片的边界。所以，可以考虑，在为了增大压电片中的电场强度而使压电片变薄的同时，也为了增大压电片自身的应力而将伸长的压电片部分以及/或者缩短的压电片部分设为由多个压电片构成的层叠构造。

图11对应图1的(c)，表示了采取了上述对策的、本发明的第2实施方式的双压电晶片型压电元件71。

参照图11，双压电晶片型压电元件71具备：具有向着第1方向的拉伸轴72的第1压电片73和具有向着与上述第1方向不同的第2方向的拉伸轴74的第2压电片75。另外，更具体来讲，拉伸轴72和拉伸轴74相互正交。

通过上述的压电片73和75构成了第1和第2中间层叠体76和77，但是，在第1和第2中间层叠体76和77的任何一个之中都是，第1压电片73和第2压电片75交替层叠。

第1和第2中间层叠体76和77以第1压电片73彼此或者第2压电片75彼此相互邻接的方式层叠。在图示的实施方式中，第1和第2中间层叠体76和77以第2压电片75彼此相互邻接的方式层叠。

另外，在各第1和第2压电片73和75之间以及向外的主面上分别形成有电极78～82。在向该双压电晶片型压电元件71施加了电场时，电极78、80和82被设为相互相同的电位，另一方面，电极79和81被设为相互相同而与上述的电极78、80和82不同的电位。

在如上述那样施加了电场时，第1中间层叠体76中的压电片73和75全部进行相互相同的伸缩动作。而第2中间层叠体77中的压电片73和75也全部进行相互相同的伸缩动作。并且，第1中间层叠体76中的压电片73和75与第2中间层叠体77中的压电片73和75进行相互相反的伸缩动作。其结果，双压电晶片型压电元件71以电极80的部分为边界，整体产生弯曲，在施加了交流电压时，作为双压电晶片产生振动。

另外，在图11所示的实施方式中，虽然第1和第2中间层叠体76和77分别构成为具有2枚压电片73和75，但是也可以构成为至少一方具有3枚以上的压电片。另外，在作为双压电晶片发挥功能的情况下，理想的情况是，第1和第2中间层叠体各自具备的压电片具有相互相同的厚度，且具有相互相同的层叠数，但是，不一定必须使厚度和层叠数一致。另外，也可以构成为使第1和第2中间层叠体的一方只具有1枚压电片。

根据图11所示的实施方式，不用提高所施加的电压就能够提高每个压电片73和75中的电场强度，其结果，能够提高压电片73和75各自自身的应力并且增大变位量。另外，在该实施方式中不需要与图1的(c)所示的绝缘层38相当的绝缘层。

接着，对本发明涉及的压电元件的用途进行说明。

例如，根据参照图1至图4说明的第1实施方式的双压电晶片型压电元件31产生图3所示那样的变形可以得知，通过将其贴在由可以伸缩的弹性体构成的薄膜(例如聚氨酯膜、硅膜)上，能够作为扬声器发挥功能。

图12是表示使用双压电晶片型压电元件31构成的扬声器91的主视图。

参照图12，双压电晶片型压电元件31被贴在可以伸缩的薄膜92上，薄膜92被固定于框架状的固定部93。

对于上述的扬声器91，如图12所示那样，通过缩小沿着可以伸缩的薄膜92的左右2边的部分的面积(宽度方向尺寸)来使双压电晶片型压电元件31的左右的边接近固定部93，从而能够得到如图13所示那样的振动模式，实现作为扬声器来说最佳的动作模式。图13和前面所述的图3等的情况一样，用虚线表示原先的状态，用实线表示变形后的状态。

如前面所述那样，双压电晶片型压电元件31能够被设为透明的，因此能够以透明的方式构成图12所示的扬声器91，另外，由于不需要激励器等部件，所以能够全面地透明化。因此，能够例如在图14所示的移动游戏机95的显示屏96或者图15所示的移动电话机95的显示屏99上直接配置扬声器，并且能够清楚地看到其下面的图像。同样，也能够将其直接配置在电子词典、电子记事本、个人电脑、电视接收器等显示屏上。

特别是，由于构成压电元件的压电片是由树脂构成的，所以也应该注意到其在通常的冲击下不会破裂的特征。所以，适合于将其应用于便携游戏机或移动电话机那样的便携式设备上。另外，由于由树脂构成的压电片可以弯曲，所以能够应用于例如使用了有机EL的纸显示器等。

为了使扬声器具有高音质，需要将其大型化，但是对于当前的压电扬声器来说，由于机器的空间的制约，对此是有限制的。如上述那样，根据本发明，能够将扬声器透明化，从而能够将其直接配置在显示屏上。因此，能够增大扬声器的面积，使其音质提高。另外，能够省去以往的内置扬声器，其结果，能够实现设备的小型化，或者能够在除去内置扬声器的部分内置新的功能部件，从而能够实现设备的高功能化。

根据本发明透明化的扬声器还能够适于下面那样的用途。

例如，将其安装在火车或公共汽车等的优先席附近的窗上，由此使老年人等也容易听到车内的播音，并且不会遮挡车窗的视线。

另外，近年流行高级圣诞贺卡等的信息卡。在这种信息卡上也能够将其作为兼做装饰品的扬声器来使用。

另外，通过在墙面的广告、特别是配有人物的广告的脸部安装扬声器，如人物正在说话那样将宣传内容作为语音播放，能够吸引人们的注意，加大广告的效果。在这种情况下，如果将红外线传感器和多普勒传感器组合并使其在人靠近的时候打招呼(叫住)，会更具效果。

另外，由于可以在弹子机台或自动弹子机台的表面直接形成，所以通过从整面发出声音能够进行扣人心弦的编排。

本发明并不限于双压电晶片型压电元件，也能够应用于其他的压电元件。

Claims

1.一种压电元件，其特征在于，具备：

具有规定的拉伸轴且由主要成分是以手性分子为单位的螺旋高分子构成的多个被层叠的压电片；和

在各上述压电片的两主面上形成的电极，

在多个上述压电片中，至少有一个压电片的上述拉伸轴的方向与其他压电片的上述拉伸轴的方向不同。

2.根据权利要求1所述的压电元件，其特征在于，

在多个上述压电片中，至少有一个压电片的上述拉伸轴相对于其他压电片的上述拉伸轴形成90度的角度。

3.根据权利要求1所述的压电元件，其特征在于，

上述压电片是矩形状。

4.根据权利要求2所述的压电元件，其特征在于，

上述压电片是矩形状。

5.根据权利要求3所述的压电元件，其特征在于，

上述压电片的一边相对于上述拉伸轴形成大于0度且小于90度的角度。

6.根据权利要求5所述的压电元件，其特征在于，

上述压电片的一边相对于上述拉伸轴形成25度以上且65度以下的角度。

7.根据权利要求6所述的压电元件，其特征在于，

上述压电片的一边相对于上述拉伸轴形成45度的角度。

8.根据权利要求1至7的任意一项所述的压电元件，其特征在于，

多个上述压电片包含在层叠方向上相互邻接且上述拉伸轴的方向相互不同的第1和第2压电片，为了使上述第1压电片的主面上形成的上述电极和上述第2压电片的主面上形成的上述电极相互电绝缘，还具备在上述第1压电片和上述第2压电片之间形成的绝缘层。

9.根据权利要求1至7的任意一项所述的压电元件，其特征在于，

多个上述压电片包含上述拉伸轴向着第1方向的第1压电片、和上述拉伸轴向着与上述第1方向不同的第2方向的第2压电片，

通过将上述第1压电片和上述第2压电片交替层叠来构成第1和第2中间层叠体；

第1和第2上述中间层叠体以上述第1压电片彼此或者上述第2压电片彼此相互邻接的方式被层叠。

10.根据权利要求1至7的任意一项所述的压电元件，其特征在于，

上述螺旋高分子是聚乳酸。

11.根据权利要求1至7的任意一项所述的压电元件，其特征在于，

上述电极将铟锡氧化物、氧化铟·氧化锌、或者氧化锌作为主要成分。

12.根据权利要求1至7的任意一项所述的压电元件，其特征在于，

上述电极将聚噻吩作为主要成分。

13.一种音响装置，其具备权利要求1至12的任意一项所述的压电元件。