CN104205387B - 压电振动元件、使用其的压电振动装置以及便携终端 - Google Patents

压电振动元件、使用其的压电振动装置以及便携终端 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种能够实现特定的频率下的振幅的急剧变化被降低的振动装置的压电振动元件、使用其的压电振动装置以及便携终端。在压电振动元件、使用了该压电振动元件的压电振动装置以及便携终端中，压电振动元件的特征在于，至少具有沿着第1方向交替配置的多个电极(21～25)和多个压电体层(27)，通过被输入电信号，从而按照沿着与第1方向垂直的第2方向而振幅变化的方式，在第1方向上进行弯曲振动，对置部(P1)的第2方向上的中央(C1)位于与压电振动元件的第2方向上的中央(C2)不同的位置，该对置部(P1)是相邻的电极彼此之间夹着压电体层(27)而对置的部分。

Description

压电振动元件、使用其的压电振动装置以及便携终端
技术领域
本发明涉及一种压电振动元件、使用了该压电振动元件的压电振动装置以及便携终端。
背景技术
以往，已知有将板状的双压电晶片元件固定在振动板上，通过使双压电晶片元件振动而使振动板振动的压电振动装置(例如，参照专利文献1)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-238072号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，上述现有的压电振动装置在特定的频率下振动板的振幅会急剧变化，在通过振动板的振动来传递声音信息的情况下，存在传递的声音信息产生失真的问题。
本发明鉴于这种现有技术中的问题而实现，其目的在于，提供一种实现在特定的频率下的振幅的急剧变化被降低的振动装置的压电振动元件、使用了该压电振动元件的压电振动装置以及便携终端。
解决课题的手段
本发明的压电振动元件至少具有沿着第1方向交替配置的多个电极和多个压电体层，通过被输入电信号，从而按照沿着与所述第1方向垂直的第2方向而振幅变化的方式，在所述第1方向上进行弯曲振动，对置部的所述第2方向上的中央位于与所述压电振动元件的所述第2方向上的中央不同的位置，所述对置部是在所述第1方向上相邻配置且与不同的电位连接的所述电极彼此之间夹着所述压电体层而对置的部分。
本发明的压电振动装置至少具有：所述压电振动元件、和一个主面与该压电振动元件的所述第1方向上的一侧的表面接合的振动板，所述对置部的所述第2方向上的中央位于与所述振动板的所述第2方向上的中央不同的位置。
本发明的便携终端至少具有：框体；在该框体中设置的所述压电振动装置；和生成输入到所述压电振动元件的电信号的电子电路。
发明效果
根据本发明的压电振动元件，能够得到实现特定的频率下的振幅的急剧变化被降低的振动装置的压电振动元件。根据本发明的压电振动装置，能够得到特定的频率下的振幅的急剧变化被降低的压电振动装置。根据本发明的便携终端，能够得到可传递失真小的声音信息的便携终端。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的实施方式的第1例的压电振动元件的立体图。
图2(a)～(e)是用于对图1所示的压电振动元件的结构进行说明的俯视图。
图3是用于对图1所示的压电振动元件的结构进行说明的图。
图4是用于对图1所示的压电振动元件的结构进行说明的剖视图。
图5是示意性地表示本发明的实施方式的第2例的压电振动装置的立体图。
图6是图5的D-D'线剖视图。
图7是示意性地表示本发明的实施方式的第3例的便携终端的立体图。
图8是图7的A-A'线剖视图。
图9是图7的B-B’线剖视图。
图10是表示本发明的实施方式的第2例的压电振动装置以及比较例的压电振动装置的声压的频率依赖性的图表。
具体实施方式
下面，参照附图，对本发明的压电振动元件、使用了该压电振动元件的压电振动装置以及便携终端进行详细说明。
(实施方式的第1例)
图1是示意性地表示作为本发明的实施方式的第1例的压电振动元件14的立体图。图2(a)～(e)是示意性地表示压电振动元件14所具有的电极21～25的形状的俯视图。其中，图2(a)～(d)表示从第1方向上的一侧(图中的+z方向侧)观察的状态，图2(e)表示从第1方向上的另一侧(图中的-z方向侧)观察的状态。此外，图3是示意性地表示第1方向(图中的z轴方向)上的电极21～25的位置关系、和在电极21～25之间配置的压电体层27的极化状态的图。另外，在图3中，省略了层叠体20、第1～第3端子电极以及压电体层27的图示。
本例的压电振动元件14具有第1方向(图中的z轴方向)为厚度方向、与第1方向垂直的第2方向(图中的x轴方向)为长度方向、与第1方向以及第2方向垂直的图中的y轴方向为宽度方向的长方体状的形状。此外，压电振动元件14具有：层叠体20、第1端子电极41、第2端子电极42和第3端子电极(未图示)。
在层叠体20的第2方向上的一侧(图中的+x方向侧)的端面，按照跨在第1方向(图中的z轴方向)上的两个端面上的方式，配置有第1端子电极41以及第2端子电极42。此外，在层叠体20的第2方向上的另一侧(图中的-x方向侧)的端面，配置有第3端子电极(未图示)。
层叠体20被构成为在第1方向(图中的z轴方向)上被极化的多个压电体层27与多个扁平状的电极21～25沿着第1方向交替配置。电极23被配置在层叠体20的第1方向上的一侧(图中的+z方向侧)的表面。电极25被配置在层叠体20的第1方向上的另一侧(图中的-z方向侧)的表面。电极21、电极22以及电极24分别在层叠体20的内部被配置多个。并且，电极21或电极22、与电极23或电极24或电极25在第1方向(图中的z轴方向)上交替配置。此外，在第1方向上的一侧(图中的+z方向侧)，电极23或电极24与电极21交替配置，在第1方向上的另一侧(图中的-z方向侧)，电极24或电极25与电极22交替配置。
电极21具有在与层叠体20的侧面隔开间隔地形成的矩形状的主体部21a的一端连接了矩形状的引出部21b的一端的结构。引出部21b的另一端与第1端子电极41连接。电极22具有在与层叠体20的侧面隔开间隔地形成的矩形状的主体部22a的一端连接了矩形状的引出部22b的一端的结构。引出部22b的另一端与第2端子电极42连接。电极23、24、25分别具有仅长度方向的一端在层叠体20的侧面露出的矩形状。并且，电极23、24、25各自的长度方向的一端与第3端子电极(未图示)连接。
此外，配置在电极21～25之间的压电体层27在图3中箭头所示的方向上被极化。也就是说，在第1方向上的一侧(图中的+z方向侧)，在从电极21朝向电极23、24的方向上被极化，在第1方向上的另一侧(图中的-z方向侧)，在从电极24、25朝向电极22的方向上被极化。并且，在使压电振动元件14振动时，例如按照使得电极21、22为相同电位、电极23、24、25为相同电位、且在电极21、22与电极23、24、25之间产生电位差的方式施加交流电压。由此，压电振动元件14的相对于在某个瞬间被施加的电场的方向的极化的方向在第1方向(图中的z轴方向)上的一侧与另一侧之间相反。
因此，被施加电信号时，在某个瞬间，第1方向上的一侧(图中的+z方向侧)在第2方向(图中的x轴方向)上伸展时，第1方向上的另一侧(图中的-z方向侧)在第2方向上收缩。由此，压电振动元件14通过被输入电信号，从而按照沿着第2方向而振幅变化的方式，在第1方向上进行弯曲振动。这样，压电振动元件14由具有双压电晶片结构的压电体(双压电晶片元件)构成。
图4是用于对图1所示的压电振动元件的结构进行说明的示意性的剖视图。另外，在图4中，为了容易图示，表示了省略第1～第3端子电极的图示、且电极21、电极22以及电极24分别只有一个的状态。
在本例的压电振动元件14中，对置部P1的第2方向(图中的x轴方向)上的中央C1位于与压电振动元件14的第2方向上的中央C2不同的位置，其中，对置部P1是在第1方向(图中的z轴方向)上相邻配置且与不同的电位连接的电极彼此之间夹着压电体层27而对置的部分。由此，在被输入电信号而压电振动元件14按照沿着第2方向而振幅变化的方式在第1方向(图中的z轴方向)上进行弯曲振动时，能够将压电振动元件14在第2方向上产生的驻波分散。因此，例如，在将振动板的主面与压电振动元件14的第1方向上的表面结合而构成通过压电振动元件14的振动来使振动板振动的压电振动装置时，能够降低特定频率下的振幅的急剧变化。也就是说，能够实现具有与频率的变化相应的振幅的急剧变化少的振动特性的压电振动装置。此外，由于本例的压电振动元件14具有在第2方向(图中的x轴方向)上长的形状，因此能够实现具有与频率的变化相应的振幅的急剧变化进一步减少的振动特性的压电振动装置。
另外，虽然若增大对置部P1的第2方向上的中央C1与压电振动元件14的第2方向上的中央C2之间的间隔，则降低特定的频率下的振幅的急剧变化的效果变大，但是产生的振动的强度会整体上变小。因此，关于对置部P1的第2方向上的中央C1与压电振动元件14的第2方向上的中央C2之间的间隔，根据所希望的特性而适当地进行设定。
此外，在一个压电体层27中，在夹着该压电体层27而对置且与不同的电位连接的一对电极的对置部P1的图中的x轴方向上的中央C1在图中的y轴方向上变化的情况下，可以将对图中的y轴方向上的各个位置的C1在图中的y轴方向上进行平均而求得的位置作为该压电体层27中的C1。
此外，在存在对置部P1的图中的x轴方向上的中央C1的位置不同的压电体层27的情况下，可以针对全部压电体层27对各个压电体层27中的C1的位置进行平均，只要使该平均的C1与压电振动元件14的图中的x轴方向上的中央C2不同即可。另外，在该情况下，需要在根据各个对置部P1的面积进行加权的基础上来求出平均。例如，在4层压电体层27中，在从压电振动元件14的第2方向(图中的x轴方向)上的一端起到对置部P1的中央C1为止的距离分别为x1、x2、x3、x4、对置部P1的面积分别为s1、s2、s3、s4的情况下，将从压电振动元件14的第2方向的一端起的距离x5为x5＝(x1s1+x2s2+x3s3+x4s4)/(s1+s2+s3+s4)的位置作为平均的对置部P1的中央C1的位置，使该位置与压电振动元件14的中央C2不同即可。
在本例的压电振动元件14中，层叠体20例如可以设为：长度为18mm～28mm左右，宽度为1mm～6mm左右，厚度为0.2mm～1.0mm左右。此外，电极21～25的长度例如可以设为17mm～25mm左右，电极21～25的宽度例如可以设为0.5mm～1.5mm左右。
构成层叠体20的压电体层27适合使用例如钛酸铅(PT)、锆钛酸铅(PZT)、Bi层状化合物、钨青铜结构化合物等非铅系压电体材料等来形成，但也可以使用其他的压电材料。压电体层27的1层的厚度可以设定为例如0.01～0.1mm左右。电极21、22、24适合使用例如在银、银与钯的合金等金属成分的基础上还含有陶瓷成分、玻璃成分的材料来形成，但也可以使用其他已知的金属材料来形成。电极23、25以及第1～第3端子电极优选含有由银构成的金属成分以及玻璃成分，但也可以是除银以外的金属。
这样的压电振动元件14可以通过例如下述的方法来制作。首先，向压电材料的粉末中添加粘合剂、分散剂、可塑剂、溶剂并混合来制作浆状物，将得到的浆状物成形为片状来制作生片。接下来，在生片上印刷导体膏来形成成为电极21、22、24的电极图案，将形成有该电极图案的生片层叠，使用加压装置进行加压来制作层叠成形体。然后，进行脱脂以及烧制，并通过切割为规定尺寸来得到层叠体。接下来，对用于形成电极23、25和第1端子电极41、第2端子电极42以及第3端子电极(未图示)的导体膏进行印刷，在以规定温度烧接之后，通过第1～第3端子电极来施加直流电压，从而进行压电体层27的极化。这样，能够得到压电振动元件14。
另外，例如，在产生电极在层叠体20的第1方向(图中的z轴方向)上的端面露出的问题的情况下，也可以设置由压电体等构成的保护层。在这种情况下，优选使保护层的厚度充分薄。
(实施方式的第2例)
图5是示意性地表示本发明的实施方式的第2例的压电振动装置15的立体图。图6是图5的D-D’线剖视图。另外，在图5、图6中，为了容易作图，省略了压电振动元件14的详细结构的图示。此外，在本例中，对与前述实施方式的第1例不同的点进行说明，对于相同的结构要素赋予相同的符号标记并省略重复的说明。本例的压电振动装置15具有：前述实施方式的第1例的压电振动元件14、振动板12。
振动板12具有矩形的薄板状的形状，一个主面(图中的-z方向侧的主面)与压电振动元件14的第1方向上的一侧(图中的+z方向侧)的表面接合。另外，压电振动元件14与振动板12按照压电振动元件14的长度方向与振动板12的宽度方向一致的方式接合。此外，作为对压电振动元件14与振动板12进行接合的接合部件，可以使用例如粘合剂、双面胶等已知的各种接合部件。振动板12可以使用各种已知的材料来构成。例如，适合使用丙烯酸树脂、玻璃等刚性以及弹性大的材料来形成振动板12。此外，振动板12的厚度被设定为例如0.4mm～1.5mm左右。具有这种结构的本例的压电振动装置15，作为通过施加电信号而使压电振动元件14进行弯曲振动来使振动板12振动的压电振动装置而起作用。
并且，在本例的压电振动装置15中，对置部P1的第2方向(图中的x轴方向)上的中央C1位于与振动板12的第2方向上的中央C3不同的位置，其中，对置部P1是在压电振动元件14中相邻配置且与不同的电位连接的电极彼此之间夹着压电体层27而对置的部分。由此，由于能够分散在振动板12的第2方向上产生的驻波，因此在振动板12的振动中，能够降低特定的频率下的振幅的急剧变化。也就是说，根据本例的压电振动装置15，能够得到具有与频率的变化相应的振幅的急剧变化少的振动特性的压电振动装置。
此外，在本例的压电振动装置15中，对置部P1的第2方向(图中的x轴方向)上的中央C1、压电振动元件14的第2方向上的中央C2、振动板12的第2方向上的中央C3全部位于不同的位置，其中，对置部P1是压电振动元件14中相邻的电极彼此之间夹着压电体层27而对置的部分。由此，能够进一步分散在振动板12的第2方向上产生的驻波，因此能够进一步降低特定的频率下的振幅的急剧变化。
另外，若增大对置部P1的第2方向上的中央C1与振动板12的第2方向上的中央C3之间的间隔，则在振动板12的振动特性中降低特定的频率下产生的波峰的水平的效果变大，但产生的振动的强度会整体上变小。因此，关于对置部P1的第2方向上的中央C1与振动板12的第2方向上的中央C3之间的间隔，根据所希望的特性来适当地进行设定。
(实施方式的第3例)
图7是示意性地表示本发明的实施方式的第3例的便携终端的立体图。图8是图7的A-A'线剖视图。图9是图7的B-B’线剖视图。另外，在图8以及图9中，省略压电振动元件14的详细结构的图示。此外，在本例中，对与前述实施方式的第2例不同的点进行说明，对相同的结构要素赋予相同的符号标记并省略重复的说明。本例的便携终端具有：图5、图6所示的实施方式的第2例的压电振动装置15、电子电路17、显示器18和框体19。
电子电路17生成输入到压电振动元件14的电信号。此外，电子电路17中也可以包含：对使显示器18显示的图像信息进行处理的电路、通信电路等其他的电路。另外，电子电路17与压电振动元件14通过未图示的配线连接。
显示器18是具有显示图像信息的功能的显示装置，例如适合使用液晶显示器、等离子体显示器以及有机EL显示器等已知的显示器。此外，显示器18也可以是具有触摸面板这样的输入装置的部件。
框体19具有一个面开口的箱状的形状。框体19可以使用已知的各种材料来形成。例如，适合使用刚性以及弹性大的合成树脂等材料来形成，也可以使用金属等其他材料来形成。
在本例的便携终端中，压电振动装置15被设置在框体19的开口部。振动板12被配置在显示器18外侧，并与显示器18一体化，作为保护显示器18的外罩而起作用。此外，振动板12的仅一个主面(图中的-z方向侧的主面)的周围与框体19接合，被能够振动地安装在框体19。另外，框体19与振动板12能够使用例如粘合剂、双面胶等已知的各种接合部件来接合。此外，振动板12也可以是具有触摸面板这样的输入装置的部件。
具有这种结构的本例的便携终端，能够通过使压电振动元件14振动而使振动板12振动来产生音响。然后，通过该音响，能够将声音信息传递给人。此外，也可以使振动板12或框体19直接或经由其他物体与耳朵等人体的一部分接触来传导振动，从而来传递声音信息。
由于本例的便携终端使用在特定的频率下的振幅的急剧变化被降低的压电振动装置15来传递声音信息，因此能够得到可传递失真小的高品质的声音信息的便携终端。
(变形例)
本发明并不仅限于上述的实施方式的例子，可以在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变更、改进。
例如，在上述的实施方式的第1例中，表示了压电振动元件14具有16层的压电体层27的例子，但并不仅限于此。压电体层27的数目可以比该数目多也可以比该数目少。
此外，在前述实施方式的第2以及第3例中，表示了具有实施方式的第1例的压电振动元件14的例子，但并不仅限于此。也可以是具有其他方式的压电振动元件的结构。
此外，在前述实施方式的第3例中，表示了通过振动板12的振动来传递声信息的便携终端的例子，但并不仅限于此。例如，也可以是在人的手指与振动板12接触时，使振动板12振动来向手指传递振动，从而明确地传达手指已与振动板12接触这样的便携终端。
此外，在前述实施方式的第3例中，表示了显示器18的外罩作为振动板12来起作用的例子，但并不仅限于此。例如，也可以是显示器18本身作为振动板12来起作用的结构。
(实施例)
接下来，对本发明的压电振动装置的具体例进行说明。对图5、图6所示的本发明的实施方式的第2例的压电振动装置的特性进行了测定。
振动板12使用长度为104mm、宽度为59mm、厚度为0.7mm的玻璃板，将第1方向上的另一侧(图中的-z方向侧)的主面的周围与4mm宽的铝框粘合并固定。粘合中使用了厚度为0.15mm的双面胶。振动元件14设为长度为23.5mm、宽度为3.3mm、厚度为0.5mm的长方体状。此外，振动元件14具有厚度为30μm左右的压电体层27与内部电极21～25交替层叠的结构，压电体层27的总数设为16层。将对置部P1的第2方向(图中的x轴方向)上的中央C1与压电振动元件14的第2方向上的中央C2的差设为0.4mm，其中，对置部P1是压电振动元件14中相邻的电极彼此之间夹着压电体层27而对置的部分。压电体层27由将Zr的一部分置换为Sb的锆钛酸铅(PZT)形成。在振动板12与压电振动元件14的粘合中，使用在无纺布的基材的两面涂敷了丙烯酸类粘着剂的厚度为0.16mm的双面胶，将振动元件14的第1方向上的一侧(图中的+z方向侧)的整个表面贴附在振动板12上。将压电振动元件14的对置部P1的第2方向(图中的x轴方向)上的中央C1与振动板12的第2方向上的中央C3的差设为10.8mm。
并且，对制成的压电振动装置产生的声音的声压的频率依赖性进行了评价。在评价时，在距离振动板12的第1方向上的一侧(图中的+z方向侧)的表面10mm的位置设置了麦克风。并且，向振动元件14输入实效值为10.6V的正弦波信号，对由麦克风检测出的声压进行了评价。将该评价结果在图10的图表中用实线来表示。此外，将对置部的中央、压电振动元件的中央、振动板的中央全部一致的比较例的压电振动装置的评价结果在图10的图表中用虚线来表示，该对置部是压电振动元件中相邻的电极彼此之间夹着压电体层而对置的部分。另外，在图10的图表中，横轴表示频率，纵轴表示声压。根据图10所示的图表，本发明的压电振动装置与比较例的压电振动装置相比较，由频率的变化引起的声压的急剧变化被降低，特别是在低频侧，得到了平滑而良好的声压特性。由此，能够确认本发明的有效性。
符号说明
12：振动板
14：压电振动元件
15：压电振动装置
17：电子电路
21、22、23、24、25：电极
27：压电体层
P1：对置部
C1：对置部的第2方向上的中央
C2：压电振动元件的第2方向上的中央
C3：振动板的第2方向上的中央

Claims (4)

1.一种压电振动元件，其特征在于，
至少具有沿着第1方向交替配置的多个电极和多个压电体层，并且具有在与所述第1方向垂直的第2方向上长的形状，
通过被输入电信号，从而按照沿着所述第2方向而振幅变化的方式，在所述第1方向上进行弯曲振动，
针对全部所述压电体层将对置部的所述第2方向上的中央进行平均而得到的位置位于与所述压电振动元件的所述第2方向上的中央不同的位置，所述对置部是在所述第1方向上相邻配置且与不同的电位连接的所述电极彼此之间夹着所述压电体层而对置的部分。
2.一种压电振动装置，其特征在于，
至少具有：权利要求1所述的压电振动元件、和与该压电振动元件的所述第1方向上的一侧的表面接合的振动板，
所述对置部的所述第2方向上的中央位于与所述振动板的所述第2方向上的中央不同的位置。
3.根据权利要求2所述的压电振动装置，其特征在于，
所述对置部的所述第2方向上的中央、所述压电振动元件的所述第2方向上的中央、所述振动板的所述第2方向上的中央全部位于不同的位置。
4.一种便携终端，其特征在于，至少具有：
框体；
在该框体中设置的权利要求2或3所述的压电振动装置；和
生成输入到所述压电振动元件的电信号的电子电路。
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