CN103444207B - 振荡器和电子设备 - Google Patents
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Abstract
提出了一种振荡器(100)，包括：压电体(70)，所述压电体具有在压电体的一个表面上的多个第一凸起(72)；多个电极(80)，所述多个电极(80)分别设置在所述多凸起(72)上以便彼此分离；以及多个电极(82)，所述多个电极(82)设置在与所述压电体(70)的一个表面相对的另一个表面上，使得所述电极(82)的每一个只面对一个电极(80)。因此，可以防止发生声学特性变化。因此，提供了能够改进电子设备的声学特性的振荡器。
Description
技术领域
本发明涉及具有压电振子的振荡器、以及电子设备。
背景技术
作为在电子设备中安装的电声换能器，存在一种压电电声换能器。压电电声换能器通过使用向压电振子施加电场而发生的膨胀和收缩运动来产生振动幅度。因为压电电声换能器不要求大量部件来产生所述振动幅度，因此具有减小压电电声换能器的厚度的优势。
例如，在专利文献1和专利文献2中公开了压电电声换能器涉及的技术。在专利文献1公开的技术中，通过具有弹性的振动传递部件将压电元件和振动膜彼此接合。在专利文献2公开的技术中，将彼此分离的压电体设置在支架上。
例如在专利文献3至8中也公开了压电元件中涉及的技术。专利文献3和4公开了与使用压电元件的超声波探针有关的技术。在专利文献5公开的技术中，将阻尼部件掩埋在压电陶瓷元件中形成的凹槽中。专利文献6公开了涉及压电致动器的技术，其中将突出部形成为与弹性部件和移动元件接触。在专利文献7公开的技术中，在不施加导电胶的情况下按压在压电元件的两个主表面上设置的振动电极，用于其间的电传导。此外，专利文献8公开了一种制造压电致动器的方法。
现有技术文献
专利文献
[专利文献1]国际公布小册子WO.2005/094121
[专利文献2]日本未审实用新型登记公开No.S62-10594
[专利文献3]日本未审专利公开No.H5-41899
[专利文献4]日本未审专利公开No.H9-84193
[专利文献5]日本未审实用新型登记公开No.S62-148000
[专利文献6]日本未审专利公开No.H7-163166
[专利文献7]日本未审专利公开No.H5-75372
[专利文献8]日本未审专利公开No.2006-332616
发明内容
发明要解决的问题
例如，通过将各自具有压电振子的多个振动器布置成阵列，来配置压电电声换能器。在这种情况下，多个压电振子之间出现特性变化。因此，电子设备的声学特性劣化。因此，需要减小压电振子之间的特性变化，以改进电子设备的声学特性。
此外，为了改进电子设备的声学特性，优选的是提高在电子设备中包括的振荡器的声压级别。
本发明的目的是改进电子设备的声学特性。
解决问题的手段
根据第一发明，提出了一种振荡器，包括：压电体，所述压电体具有在所述压电体的一个表面上的多个第一凸起；多个第一电极，所述多个第一电极分别设置在所述多个第一凸起上以便彼此分离；以及多个第二电极，所述多个第二电极设置在与所述压电体的所述一个表面相对的另一个表面上，使得所述第二电极的每一个只面对一个第一电极。
根据第二发明，提出了一种振荡器，包括：压电振子；振动部件，所述振动部件将所述压电振子约束到所述振动部件的一个表面上，并且所述振动部件的端部朝着所述一个表面侧或与所述一个表面相对的另一个表面侧弯曲；以及支撑部件，所述支撑部件保持所述振动部件的所述端部。
此外，根据第二发明，提出了一种电子设备，包括：支撑部件；以及固定到所述支撑部件上的多个振荡器，其中所述振荡器包括：压电振子；以及振动部件，所述振动部件将所述压电振子约束到所述振动部件的一个表面上，并且所述振动部件的端部朝着所述一个表面侧或与所述一个表面相对的另一个表面侧弯曲，并由所述支撑部件保持。
发明的效果
根据本发明，可以改进电子设备的声学特性。
附图说明
根据下面描述的优选实施例和以下附图，上述目的、其他目的、特征和优点将变得更加清楚明白。
图1是说明了根据第一实施例的振荡器的截面图。
图2是说明了图1所示的振荡器的平面图。
图3是说明了图1所示的振荡器的修改示例的平面图。
图4是说明了根据第二实施例的电子设备的截面图。
图5是说明了图4所示的电子设备的平面图。
图6是说明了图4所示的压电振子的截面图。
具体实施方式
下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在所有附图中，类似的元件用类似的参考数字表示，并且将不再重复其描述。
图1是说明了根据第一实施例的振荡器100的截面图。根据所述实施例的振荡器100与说明书中的第一发明相对应。根据所述实施例的振荡器100包括压电体70、多个上电极80和多个下电极82。例如，振荡器100安装在诸如蜂窝电话之类的电子设备中。
压电体70在其一个表面上具有多个凸起72。多个上电极80分别设置在多个凸起72上以便彼此分离。多个下电极82设置在与压电体70的所述一个表面相对的另一个表面上，使得每一个下电极只面对一个上电极。下文中，将详细描述振荡器100的结构。
图2是说明了图1所示的振荡器100的平面图。图2说明了振荡器100的顶部表面。如图2所示，例如，凸起72和分别设置在凸起72上的上电极80布置成阵列。
如图1所示，例如压电体70在其另一个表面上具有多个凸起74。多个凸起74设置在压电体70的另一个表面上，使得当在平面图中观看时，每一个凸起74只与一个凸起72重叠。在该实施例中，可以将多个凸起72和多个凸起74设置为基于中心表面(未示出)彼此面对称，所述中心表面位于压电体70的一个表面和另一个表面之间。
压电体70由具有压电效应的材料构成，例如钛酸铅锌(PZT)或钛酸钡(BaTiO3)，作为具有高电机转换效率的材料。
通过处理由具有压电效应的上述材料构成的压电体来形成凸起72和凸起74。例如，可以通过压电材料的切割工作或者使用整形铸模的烘烤，来执行压电体的处理。
例如当在平面图中观看时，凸起72和74具有正方形形状。
压电体70沿压电体70的厚度方向(图1中的垂直方向)极化。优选的是，当在平面图中观看时，压电体70在凸起72和凸起74彼此重叠的部分中具有等于或小于1mm的厚度。当厚度超过1mm时，压电体70的电场强度降低，导致了能量转换效率的降低。此外，优选地是压电体70在凸起72和凸起74未位于的部分中具有等于或大于10μm的厚度。当厚度小于10μm时，由于压电体70由易碎材料构成，所以存在处理期间压电体受损的问题。
例如，可以将上电极80设置为当在平面图中观看时具有与凸起72相同的形状。此外例如，可以将下电极82设置为当在平面图中观看时具有与凸起74相同的形状。
上电极80和下电极82由具有导电性质的材料构成，例如银或银/钯合金。因为银是低阻通用材料，从制造成本和制造工艺的观点来看存在优势。此外，银/钯合金是具有良好抗氧化性的低阻材料并且具有良好的可靠性。优选地，上电极80和下电极82的厚度是1μm至50μm。当厚度小于1μm时，难以均匀地将上电极80和下电极82铸模。另一方面，当厚度超过50μm时，上电极80或下电极82用作相对于压电体70的约束表面，导致能量转换效率的降低。
分别彼此面对的上电极80和下电极82以及位于上电极80和下电极82之间的压电体70构成了一个压电振子10。换句话说，一个压电振子10由分别彼此面对的上电极80和下电极82以及位于上电极80和下电极82之间的凸起72和74构成。
因此，振荡器100具有多个压电振子10。
图3是说明了图1所示的振荡器100的修改示例的平面图。在实施例中，当在平面图中观看时，凸起72、凸起74、上电极80和下电极82具有正方形形状。另一方面如图3所示，凸起72、凸起74、上电极80和下电极82可以具有多种形状中的任一形状。例如如图3(a)、3(b)和3(c)所示，凸起72、凸起74、上电极80和下电极82可以设置为具有长方形形状。此外，它们布置的数目没有限制。另外如图3(d)所示，当在平面图中观看时，例如凸起72、凸起74、上电极80和下电极82可以设置为具有圆形形状或椭圆形形状。
按照这种方式，选择凸起72、凸起74、上电极80和下电极82的形状，从而允许选择它们所构成的多个压电振子10的谐振频率。
在由凸起72、凸起74、上电极80和下电极82构成的多个压电振子10中，可以在彼此相邻的压电振子10之间设置任意间隔。因此，可以防止声波在多个压电振子10之间干涉。
如图1和2所示，例如振荡器100包括保持压电体70的支撑框架30。例如，支撑框架30保持压电体70的边缘。此外例如，支撑框架30保持压电体70的全部周边。
如图1所示，振荡器100包括控制单元90和信号产生单元92。
信号产生单元92与每一个上电极80和每一个下电极82相连。信号产生单元92产生要输入到由每一个上电极80和每一个下电极82构成的每一个压电振子10的电信号。
控制单元90与信号产生单元92相连，并控制信号产生单元92的信号产生。控制单元90基于从外部输入的信息来控制信号产生单元92的信号产生，并且因此控制单元90可以独立地控制多个压电振子10的输出。
当振荡器100用作参变扬声器时，控制单元90通过信号产生单元92输入参变扬声器的调制信号。在这种情况下，每一个压电振子10使用等于或大于20kHz(例如100kHz)的声波作为信号的载波。
压电振子的基频谐振频率依赖于振动面的轮廓形状的长度。换句话说，当谐振频率偏移至高频时，压电振子的面积减小。因此，将每一个压电振子10的振荡频率设置在超声波频带内，从而允许减小振荡器100的尺寸。
此外，将每一个压电振子10的振荡频率设置在超声波频带内，从而可以实现高定向性。
此外，当将振荡器100用作普通扬声器时，控制单元90可以通过信号产生单元90将声音信号直接输入到每一个压电振子10。
此外，当振荡器100用作声波传感器时，要输入到控制单元90的信号是实现使声波振荡这一效果的命令信号。当振荡器100用作声波传感器时，信号产生单元92使每一个压电振子10产生具有每一个压电振子10的谐振频率的声波。
接下来，将描述实施例的效果。根据所述实施例的振荡器100包括多个上电极80和多个下电极82，所述多个上电极80分别设置在压电体70中包括的多个凸起72上以便彼此分离，并且所述多个下电极82设置在压电体70的另一个表面上，使得每一个下电极只面对一个上电极80。此时，多个凸起72、多个上电极80和多个下电极82构成了多个压电振子10。
这样，根据所述实施例，多个压电振子10由单层的压电体70构成。因此，将多个压电振子10布置成阵列，从而不要求将压电振子10彼此接合的处理。可以防止在多个压电振子10之间发生特性变化。因此，可以改进电子设备的声学特性。
此外，通过每一个上电极80和每一个下电极82独立地控制每一个压电振子10。因此，可以高自由度地控制多个压电振子10。
多个压电振子10的每一个由每一个凸起72构成。换句话说，通过在多个压电振子10之间插入凹槽来布置所述多个压电振子10。因此，与在压电振子10之间未形成凹槽的情况相比较，防止了压电振子10的振动受到限制。因此，减小了振荡器100的能量损耗，从而可以减小功耗。
此外，通过在多个凸起72之间插入凹槽来布置所述多个凸起72。因此，可以防止振动从一个压电振子10传递到另一个相邻的压电振子10。
图4是说明了根据第二实施例的电子设备200的截面图。此外，图5是说明了图4中所示的电子设备200的平面图。根据实施例的电子设备200与说明书中的第二发明相对应。根据实施例的电子设备200包括支撑部件和多个振荡器100。例如，电子设备200是诸如蜂窝电话之类的便携终端设备。
多个振荡器100固定到支撑部件上。振荡器100具有压电振子10和振动部件20。振动部件20将压电振子10约束到振动部件20的一个表面上。此外，振动部件20的端部朝着所述一个表面侧或者与所述一个表面相对的另一个表面侧弯曲。另外，振动部件20的该端部由支撑部件保持。下文中，将详细描述电子设备200的结构。
例如，振动部件20具有平板形状。振动部件20由相对于易碎材料的陶瓷而言具有高弹性模量的材料构成，例如金属或树脂，并且由诸如磷青铜或不锈钢之类的通用材料构成。优选地，振动部件20的厚度是5μm至500μm。此外，优选地，振动部件20的纵向弹性模量是1GPa至500GPa。当振动部件20的纵向弹性模量过低或过高时，存在可能损坏振荡器的振动特性和可靠性的问题。
如图4所示，通过例如基板32来支撑振动部件20。如图5所示，基板32具有中空的环形形状。例如，环形形状是四边形的。然而，本发明不限于此，并且环形形状可以是圆形或椭圆形。振动部件20的端部的一部分固定到基板32上，并且由基板32保持所述振动部件20。
此外，使用例如支撑框架30来固定基板32。
如图4所示，振动部件20的端部朝着一个表面侧弯曲。因为振动部件20的端部弯曲，所以振动部件20具有弹簧形状。因此在振动期间，板簧效应作用于振动部件20上。此外，可以在振动期间增加行程的长度。因此，可以提高振荡器100的声压级别。
如图4所示，振动部件20在一个端部处和与该一个端部相对的另一个端部处朝着一个表面侧和另一个表面侧之一弯曲。在实施例中，如图4所示，振动部件20的一个端部和另一个端部都朝着所述一个表面侧弯曲。此外，振动部件20在一个端部和另一个端部处固定到基板32。
振动部件20在弯曲部22处弯曲。此外，当在平面图中观看时，振动部件20的端部位置比弯曲部22更靠内部。因此，不需要用于振动部件20的弯曲端部的安装面积。因此，可以减小所布置的振荡器100之间的距离，并且减小电子设备200的尺寸。
如图4所示，例如多个振荡器100布置在基板32的两个表面上。在实施例中，多个振荡器102布置在基板32的一个表面上，并且多个振荡器104布置在基板32的另一个表面上。此外，振荡器102和振荡器104设置为当在平面图中观看时相互错位。
根据实施例中的电子设备200，振荡器102和104设置为当在平面图中观看时相互错位。此外，所述基板32具有中空的环形形状。
因此，将从多个振荡器102朝着基板32的一个表面侧输出的声波、以及从多个振荡器104经由振荡器102之间的间隙朝着基板32的一个表面侧输出的声波朝着基板32的一个表面侧发射。此外，将从多个振荡器104朝着基板32的另一个表面侧输出的声波、以及从多个振荡器102经由振荡器104之间的间隙朝着基板32的另一个表面侧输出的声波朝着基板32的另一个表面侧发射。
因此，有效地发射从振荡器102和振荡器104输出的声波，从而可以实现高声压级别。
同时，可以任意地调节振荡器102和振荡器104的布置。
图6是说明了图4所示压电振子10的截面图。如图6所示，压电振子10具有压电体70、上电极80和下电极82。压电体70插入到上电极80和下电极82之间。此外，压电体70沿其厚度方向(图6中的垂直方向)极化。例如，压电振子10在与振动部件20的一个表面水平的平面方向中是圆形或椭圆形状。
例如，可以将与第一实施例相同的压电体用作压电体70。此外例如，与第一实施例相同的上电极和下电极可以用作上电极80和下电极82。
电子设备200包括控制单元90和信号产生单元92。
信号产生单元92与每一个压电振子10相连，并且产生要输入到每一个压电振子10的电信号。此外，控制单元90与信号产生单元92相连，并且控制信号产生单元92的信号产生。控制单元90基于从外部输入的信息来控制信号产生单元92的信号产生，从而控制单元可以独立地控制多个振荡器100的输出。
可以按照与第一实施例类似的方式使用控制单元90和信号产生单元92来实现振荡器100的输出控制。
接下来将描述实施例的效果。根据实施例的电子设备200包括振动部件，所述振动部件将压电振子10约束到振动部件的一个表面上，并且所述振动部件的一个端部朝着所述一个表面侧或者另一个表面侧弯曲，并由支撑部件支撑。
根据实施例，振动部件20具有弹簧形状。为此原因，在振动期间，板簧效应作用于振动部件20。此外，可以在振动期间增加行程的长度。因此，可以提高振荡器100的声压级别。因此，可以改进电子设备的声学特性。
如上所述，尽管已经参考附图阐述了本发明的实施例，它们只是本发明的说明，可以采用除了上述之外的多种结构。
本申请要求2011年3月31日递交的日本专利申请No.2011-081025的优先权，其全部合并在此作为参考。
Claims (8)
1.一种振荡器，包括：
压电体，所述压电体具有在所述压电体的一个表面上的多个第一凸起以及在所述压电体的另一个表面上的多个第二凸起，使得当在平面图中观看时所述第二凸起的每一个只与一个第一凸起重叠；
多个第一电极，所述多个第一电极分别设置在所述多个第一凸起上以便彼此分离；以及
多个第二电极，所述多个第二电极设置在与所述压电体的所述一个表面相对的所述另一个表面上，使得所述第二电极的每一个只面对一个第一电极。
2.根据权利要求1所述的振荡器，还包括：
信号产生单元，所述信号产生单元与所述第一电极的每一个以及所述第二电极的每一个相连；以及
控制单元，所述控制单元控制所述信号产生单元的信号产生，
其中彼此面对的所述第一电极和所述第二电极以及插入到所述第一电极和所述第二电极之间的所述压电体构成了一个压电振子，并且
其中所述控制单元控制所述信号产生单元的所述信号产生，以独立地控制多个所述压电振子的输出。
3.一种振荡器，包括：
压电振子；
振动部件，所述振动部件将所述压电振子约束到所述振动部件的一个表面上，并且所述振动部件的端部朝着所述一个表面侧或与所述一个表面相对的另一个表面侧弯曲；以及
支撑部件，所述支撑部件保持所述振动部件的所述端部；
其中所述压电振子包括在所述压电振子的一个表面上的多个第一凸起以及在所述压电振子的另一个表面上的多个第二凸起，使得当在平面图中观看时所述第二凸起的每一个只与一个第一凸起重叠。
4.根据权利要求3所述的振荡器，其中所述振动部件在所述振动部件的一个端部和与所述一个端部相对的另一个端部处，朝着所述一个表面侧以及与所述一个表面相对的所述另一个表面侧之一弯曲。
5.根据权利要求3或4所述的振荡器，其中所述振动部件在弯曲部处弯曲，并且当在平面图中观看时所述振动部件的所述端部比所述弯曲部更位于内部。
6.一种电子设备，包括：
支撑部件；以及
固定到所述支撑部件上的多个振荡器，
其中所述振荡器包括：
压电振子；以及
振动部件，所述振动部件将所述压电振子约束到所述振动部件的一个表面上，并且所述振动部件的端部朝着所述一个表面侧或与所述一个表面相对的另一个表面侧弯曲，并由所述支撑部件保持；
其中所述压电振子包括在所述压电振子的一个表面上的多个第一凸起以及在所述压电振子的另一个表面上的多个第二凸起，使得当在平面图中观看时所述第二凸起的每一个只与一个第一凸起重叠。
7.根据权利要求6所述的电子设备，其中所述振动部件在弯曲部处弯曲，并且当在平面图中观看时所述振动部件的所述端部比所述弯曲部更位于内部。
8.根据权利要求6或7所述的电子设备，其中所述多个振荡器布置在所述支撑部件的两个表面上。
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