CN110213704B - 振动发生器件和电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供能够在宽的频率范围内获得高的最大位移量的振动发生器件和电子设备,振动发生器件(10)包括振动片(11)、和在振动片(11)的端面的附近以在振动片(11)的上表面(11a)和下表面(11b)以夹着(11)的方式安装的第一压电致动器(12)和第二压电致动器(13),在俯视振动片(11)的上表面(11a)的情况下,第一压电致动器(12)相对于第二压电致动器(13)错开位置地配置。
Description
技术领域
本发明涉及振动发生器件和电子设备。
背景技术
在移动电话和平板电脑等设备中,通过振动向使用者通知来电和设备的工作状态的振动功能正在广泛地普及。近年来,伴随着这些设备的小型化和薄型化,要求振动器也实现小型化、薄型化和低耗电化。例如,已知振动器以将压电元件粘贴于弹性片而构成的压电单晶型的压电致动器作为振动源。此外,还已知以用2个压电元件夹着弹性片、当一个压电元件延展时另一个压电元件收缩的方式构成的压电双晶型振子。压电双晶型振子能够容易地获得大于压电单晶型的位移量。另一方面,压电双晶型振子由于使用压电体的弯曲模式,所以存在响应频率受限的问题。
为了提高频率特性,在使用多个压电致动器的电子设备中,进行了各种各样的改进。例如,在专利文献1,公开有将使压电元件的厚度不同的多个压电元件隔开间隔地安装于振动片的主面的声音发生器。根据该声音发生器,能够使声压的频率特性的峰和谷减小。
此外,在专利文献2中,公开有在俯视时以使多个压电元件成为非对称的方式安装于振动体的声音发生器。此外,进一步,在专利文献3中,公开有在俯视振动体的情况下的励振器的轮廓的至少1边和与1边相对的振动体的轮廓的边成为非平行的方式设置的声音发生器。根据这些声音发生器,能够获得良好的音压的频率特性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利5815833号公报
专利文献2:国际公开第2014/024736号
专利文献3:日本特开2014-123812号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是,专利文献1至3中记载的发明为将压电致动器二维地配置的、使用压电双晶型振子的振动发生器件,对能够在宽的频带中获得高的位移量的技术没有公开。
本发明是鉴于上述情况而完成的,其目的在于提供能够在宽的频带获得高的最大位移量的振动发生器件和电子设备。
用于解决问题的技术手段
本发明的发明人进行了深入研究的结果是,发现在压电双晶型压电元件中能够通过特意将2个压电元件的位置错开,从而能够给在宽的频率范围获得高的最大位移量,由此完成了本发明。
即,本发明的振动发生器件包括:
振动片;和
在该振动片的端面附近以在该振动片的上表面和下表面以夹着振动片的方式安装的第一压电致动器和第二压电致动器,
在俯视振动片的上表面的情况下,第一压电致动器相对于第二压电致动器错开位置地配置。
此处,“附近”是指自振动片的端起30mm以内的区域。
优选在俯视振动片的上表面的情况下,第一压电致动器相对于第二压电致动器配置于在第一压电致动器的宽度方向上向远离端面的方向平行移动了的位置。在这种情况下,优选所述第一压电致动器与所述第二压电致动器以第一压电致动器的宽度方向上的长度的62%以上88%以下的范围重叠。进一步,优选第一压电致动器与第二压电致动器以第一压电致动器的宽度方向的长度的70%以上80%以下的范围重叠。
也可以为在俯视振动片的上表面的情况下,第一压电致动器相对于第二压电致动器配置于在第一压电致动器的宽度方向上向靠近端面的方向平行移动了的位置。在这种情况下,优选第一压电致动器与第二压电致动器以第一压电致动器的宽度方向的长度的87.5%以上93.8%以下的范围重叠。
本发明的电子设备包括本发明的振动发生器件、与振动发生器件电连接的电子电路、以及收纳振动发生器件和电子电路的壳体。
发明的效果
根据本发明,能够获得在宽的频率范围中具有高的最大位移量的振动发生器件和电子设备。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的振动发生器件的概略俯视图。
图2是图1的A-A截面图。
图3是安装有本发明的振动发生器件的压电致动器的部分截面放大图。
图4是表示第一压电致动器和第二压电致动器的其它配置例的概略俯视图。
图5是表示第一压电致动器和第二压电致动器的其它配置例的概略俯视图。
图6是表示第一压电致动器和第二压电致动器的其它配置例的概略俯视图。
图7是表示第一压电致动器相对于第二压电致动器的偏移量与共振最大位移值的关系的曲线图。
图8是表示响应频率与最大位移值的关系的曲线图。
附图标记的说明
10 振动发生器件
11 振动片
11a 上表面
11b 下表面
12 第一压电致动器
13 第二压电致动器
14 周缘部
15 矩形壳体
16 固定部
17 第一压电致动器与第二压电致动器重叠的区域
21、31 层叠体
22、23、32、33 外部电极
24、34 压电体层
25、35 内部电极
26、27、36、37 接触电极
40 粘接剂
具体实施方式
以下,参照附图对本发明的振动发生器件和电子设备进行说明。
[振动发生器件]
如图1和图2所示,本发明的一个实施方式的振动发生器件10包括振动片11;安装在振动片11的端面的附近且振动片11的上表面11a的第一压电致动器12;和安装在振动片11的下表面11b的第二压电致动器13。第一压电致动器12与第二压电致动器13为相同的压电致动器。
此外,第一压电致动器12和第二压电致动器13在振动片11的上下表面以隔着振动片11的方式安装。第一压电致动器12和第二压电致动器13通过被施加电信号而在与振动片11的上表面11a平行的方向上伸缩振动。而且,2个第一压电致动器12和第二压电致动器13以伸缩振动的方向大致一致的方式配置。
如图2所示,安装有第一压电致动器12和第二压电致动器13的振动片11例如以周缘部14的下表面11b通过固定部16固定于矩形壳体15(参照图2)。
如图1所示,振动发生器件10中,在俯视振动片11的上表面11a的情况下、第一压电致动器12相对于第二压电致动器13配置于在第一压电致动器12的宽度方向(图1中X方向)上且向远离振动片11的端面的方向(+X方向)平行移动了的位置。用图中斜线部分(附图标记17)表示第一压电致动器12与第二压电致动器13重叠的区域。
从提高共振最大位移值的观点出发,优选在第一压电致动器12的宽度方向的长度(图中W)的62%以上88%以下(图中W1)的范围内、第一压电致动器12与第二压电致动器13重叠。进一步,更加优选在宽度方向的长度W的70以上80%以下(图中W1)的范围内、第一压电致动器12与第二压电致动器13重叠。
(压电致动器)
如图1所示,第一压电致动器12在俯视时为矩形。如图3所示,第一压电致动器12包括:交替地层叠2层压电体层24和1层内部电极25而构成的层叠体21;在层叠体21的上表面和下表面形成的外部电极22、23;和在层叠体21的长度方向(X方向)的两端部分别设置的一对连接电极26、27。第一压电致动器12的连接电极26与外部电极22和1层的内部电极25连接。
第一压电致动器12的压电体层24如图3中用箭头表示的那样,在压电体层24的厚度方向(Z方向)上交替地极化,以在配置于振动片11的上表面11a的第一压电致动器12的压电体层24收缩的情况下,配置在振动片11的下表面11b的第二压电致动器13的压电体层34伸展的方式,对连接电极36、37施加电压。
第一压电致动器12的外部电极22以不与在层叠体21的表面形成的、对极的外部电极23接触的方式隔开规定间隔地形成。第二压电致动器13也同样。
在本实施方式中,第一压电致动器12和第二压电致动器13通过粘接剂40粘接于振动片11。作为粘接剂40,能够使用环氧类树脂、硅类树脂和聚酯纤维类树脂等公知的材料。除了粘接剂40以外,还可以利用两面胶带等将第一压电致动器12和第二压电致动器13安装在振动片11。
关于第一压电致动器12和第二压电致动器13的压电特性,为了激发大的屈曲振动,优选压电d31常数具有180pm/V以上的特性。
-压电体层-
作为压电体层24和34,例如优选由PbZrxTi1-xO3(PZT)等陶瓷压电体材料构成。此外,也可以为不含铅的非铅类的陶瓷压电体。压电体层24的厚度例如优选为100μm至500μm。
-内部电极-
内部电极25和35例如由银(Ag)或银(Ag)-钯(Pd)合金形成。特别是在本发明中,优选内部电极25和35中的银的含量多。内部电极25和35的银的含量优选为50质量%以上。
-连接电极-
作为连接电极26、27、36和37的形成材料,能够使用与外部电极22、23、32和33同样的、银和在银中含有以二氧化硅为主成分的玻璃等而构成的银化合物和镍等。
-外部电极-
作为外部电极22、23、32和33的形成材料,能够使用银和在银中含有以二氧化硅为主成分的玻璃等而构成的银化合物以及镍等。
-压电致动器的制造方法-
关于本发明的压电致动器的形成,例如能够通过如下的方式获得:将压电体层24和34的材料粉末与有机溶剂、粘合剂、增塑剂和分散剂等按规定的比率混合来准备浆料,例如利用公知的刮刀法等制作陶瓷生片,层叠于内部电极25和35以及外部电极22、23、32和33,之后在大气中在500℃中进行脱粘合剂处理,在大气中在1000℃中进行一体烧制。此外,并不限定于刮刀法,例如还能够通过使用将含有压电体层24和34的材料粉末的浆料与含有电极材料的导电膏交替地印刷和层叠的浆料积层法等进行层叠后,通过一体烧制而获得。
(振动片)
振动片11是通过第一压电致动器和第二压电致动器而振动的对象物,是具有规定的厚度的矩形的部件。振动片11的材质没有特别限定,包含玻璃、金属、树脂或金属和树脂等的复合材料等。例如,在为具有液晶面板的电子设备等的情况下,能够将液晶面板上的玻璃覆层作为振动片利用,该玻璃罩固定于电子设备的壳体。
矩形壳体15例如能够为厚度100~1000μm的不锈钢制品。另外,矩形壳体15的材质并不限定为不锈钢制,只要是与树脂相比不易变形的材料即可,例如能够使用硬质树脂、塑料、工程塑料、陶瓷等,材质、厚度等没有特别限定。壳体的形状并不限定于矩形,也可以为多边形。
在上述实施方式中,说明了第一压电致动器12相对于第二压电致动器13配置于在第一压电致动器12的宽度方向上向远离振动片11的端面的方向(+X方向)平行移动了的位置的情况,如图4所示,第一压电致动器12也可以相对于第二压电致动器13配置于在第一压电致动器12的宽度方向(X方向)上向靠近振动片11的端面的方向、即-(负)X方向平行移动了的位置。
此外,在上述实施方式中,对第一压电致动器12相对于第二压电致动器13配置于在沿第一压电致动器12的宽度方向(X方向)平行移动了的位置的情况进行了说明,也可以如图5所示那样,第一压电致动器12配置于沿第一压电致动器12的长度方向(Y方向)平行移动了的位置。在这种情况下,也可以向+(正)Y方向和-(负)Y方向的任一者平行移动。
在这种情况下,在设第一压电致动器12的长度方向(Y方向)的长度为L,设压电致动器的重叠的长度方向(Y方向)的长度为L1的情况下,优选L1为在俯视时第一压电致动器12的面积a和第一压电致动器12与第二压电致动器13重叠的区域17的面积b的关系满足0.5≤b/a≤0.88的范围。
此外,如图6所示,第一压电致动器12也可以在斜方向上偏移地配置。斜方向不仅是图6所示的方向,也可以是纸面右下、左上和左下的任一方向。在第一压电致动器12在斜方向上偏移的情况下,在设俯视时的第一压电致动器12的面积为a、第一压电致动器12与第二压电致动器13重叠的区域17的面积为b的情况下,优选满足0.5≤b/a≤0.88的关系。
在第一压电致动器12在X方向上平行移动了的情况下的上述实施方式中,第一压电致动器12偏移的位置的优选范围根据第一压电致动器12与第二压电致动器13的元件的宽度方向的长度来规定,设在俯视时的第一压电致动器的面积为a、第一压电致动器12与第二压电致动器13重叠的区域17的面积为b的情况下,优选满足0.5≤b/a≤0.88的关系。
[电子设备]
本发明的电子设备包括振动发生器件、与振动发生器件电连接的电子电路、和收纳振动发生器件和电子电路的壳体。作为电子设备,能够列举薄型的电子设备、便携式的电子设备等,本发明的振动发生器件作为这些电子设备的振动器发挥作用。电子设备除此以外还可以为游戏机的控制器、可穿戴设备、平板终端、便携式音乐播放器等。此外,电子设备也可以作为车载电子设备具体化。此外,电子设备还可以作为家庭用的电子设备(电视机或吸尘器、洗衣机、冷藏库、微波炉等)具体化。
[实施例]
对本发明的振动发生器件的频率特性进行验证。
对于使第一压电致动器12的位置在X方向上平行移动0mm,-0.5mm,-1.0mm,-1.5mm,+0.5mm,+1.0mm,+2.0mm,+4.0mm后的振动发生器件,在频率700Hz~800Hz的范围内利用有限元素法(Finite element method)的频率响应分析模拟共振最大位移值。另外,+X方向为远离振动片11的端面的方向,-X方向为靠近振动片11的端面的方向。
模拟条件如以下所述。
<模拟条件>
振动片的材质:钠玻璃
振动片的尺寸:100×70×厚度0.5(mm)
压电致动器的尺寸:53×8×厚度0.3(mm)
第二压电致动器的安装位置:从第二压电致动器的长边方向的端到振动片的端面的距离:2mm
压电致动器向振动片的固定:环氧树脂,厚度5μm
作为限制振动片外周全周的条件。
图7表示偏移量与共振最大位移值的关系,图8表示最大位移值的频率特性。
由图7所示可知,共振最大位移值在俯视时第一压电致动器12与第二压电致动器13重叠(重合)的情况下(偏移量0mm)的共振最大位移值为1.8mm左右,与此相对,通过将第一压电致动器12的位置在第一压电致动器12的宽度方向上偏移,共振最大位移值变高。
此外,如图8所示,本发明的振动发生器件与偏移量为0mm的情况下同样,在频率720Hz~740Hz的频带得到最大位移值。
本发明的振动发生器件能够在与现有的压电双晶型的振动发生器件(偏移量0mm)相同的频率带域中获得高的位移值。
Claims (4)
1.一种振动发生器件,其特征在于,包括:
俯视时为矩形的、材质为玻璃的振动片;和
在该振动片的同一端面附近以在所述振动片的上表面和下表面夹着所述振动片的方式安装的、俯视时为矩形的第一压电致动器和第二压电致动器,
所述第一压电致动器和所述第二压电致动器以长度方向与所述振动片的所述同一端面平行的方式配置,
在俯视所述振动片的所述上表面的情况下,所述第一压电致动器相对于所述第二压电致动器错开位置地配置,并且,所述第一压电致动器的面积a和所述第一压电致动器与所述第二压电致动器重叠的区域的面积b的关系满足0.5≤b/a≤0.88,
在俯视所述振动片的所述上表面的情况下,所述第一压电致动器相对于所述第二压电致动器配置于在所述第一压电致动器的宽度方向上向远离所述同一端面的方向平行移动了的位置,
所述第一压电致动器与所述第二压电致动器以所述第一压电致动器的所述宽度方向上的长度的62%以上88%以下的范围重叠。
2.如权利要求1所述的振动发生器件,其特征在于:
所述第一压电致动器与所述第二压电致动器以所述第一压电致动器的所述宽度方向的长度的70%以上80%以下的范围重叠。
3.一种振动发生器件,其特征在于,包括:
俯视时为矩形的、材质为玻璃的振动片;和
在该振动片的同一端面附近以在所述振动片的上表面和下表面夹着所述振动片的方式安装的、俯视时为矩形的第一压电致动器和第二压电致动器,
所述第一压电致动器和所述第二压电致动器以长度方向与所述振动片的所述同一端面平行的方式配置,
在俯视所述振动片的所述上表面的情况下,所述第一压电致动器相对于所述第二压电致动器错开位置地配置,并且,所述第一压电致动器的面积a和所述第一压电致动器与所述第二压电致动器重叠的区域的面积b的关系满足0.5≤b/a≤0.88,
在俯视所述振动片的所述上表面的情况下,所述第一压电致动器相对于所述第二压电致动器配置于在所述第一压电致动器的宽度方向上向靠近所述同一端面的方向平行移动了的位置,
所述第一压电致动器与所述第二压电致动器以所述第一压电致动器的所述宽度方向的长度的87.5%以上93.8%以下的范围重叠。
4.一种电子设备,其特征在于,包括:
所述权利要求1~3中任一项所述的振动发生器件;
与所述振动发生器件电连接的电子电路;和
收纳所述振动发生器件和所述电子电路的壳体。
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