JP2005045691A

JP2005045691A - 圧電振動装置

Info

Publication number: JP2005045691A
Application number: JP2003279478A
Authority: JP
Inventors: Norikazu Sashita; 則和指田; Fumihisa Ito; 文久伊藤; Shigeo Ishii; 茂雄石井; Yoshiyuki Watabe; 嘉幸渡部
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2003-07-24
Filing date: 2003-07-24
Publication date: 2005-02-17
Also published as: EP1501074A2; US7247976B2; US7180225B2; EP1501074A3; US20070013270A1; CN101656905A; US20050023937A1; CN1578537A; CN1578537B; KR100759039B1; KR20050012126A

Abstract

【課題】
耐衝撃性に優れた信頼性の高い圧電振動装置を提供する。
【解決手段】
筐体１２の主面上において、支柱１４Ａ，１４Ｂによって、圧電振動板１６，２４の中心が支持されており、前記筐体１２の主面に対して略平行となっている。前記圧電振動板２４の両端側には、ヤング率２ＧＰａ以下のスペーサ３４Ａ，３４Ｂが設けられており、圧電振動板１６と２４との接触による破損を防止する。また、筐体１２の主面上には、前記スペーサ３４Ａ，３４Ｂと対応する位置に、他のスペーサ３２Ａ，３２Ｂが設けられており、筐体１２主面との接触による圧電振動板２４の破損を防止する。このように、圧電振動板１６，２４の振幅を規制することにより、衝撃が加えられたときでも、圧電振動板１６，２４の割れや曲がりが防止され、耐衝撃性が向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、筐体振動型の平面状のスピーカやレシーバなどの音響変換電子機器や、バイブレータなどの振動変換電子機器に利用される圧電振動装置に関するものであり、更に具体的には、耐衝撃性，実装性，信頼性の改良に関するものである。

圧電素子を利用した圧電振動装置は、簡易な電気音響変換器やアクチュエータとして広く利用されており、特に最近では、携帯電話や携帯情報端末などの分野で多用されている。従来の圧電振動装置は、金属製の振動板の表面に圧電素子を貼り合わせたバイモルフ素子やユニモルフ素子の略中央部を支持部材で支持し、該片持ち梁型の圧電振動体を駆動することによって、低周波数領域での高い駆動力を得ていた（例えば、特許文献１）。

また、分布モードを発生させるために、共振周波数の異なる複数枚の圧電振動板を用いてアクチュエータを構成したものもある。例えば、パネルスピーカの圧電振動体として、特許文献２では、複数の長方形圧電振動板を１本の支柱でパネル上に略平行に支持し、前記圧電振動板の振動を支柱を介して前記パネルに伝えることで振動させ、音を発生するようにしたトランスデューサが開示されている。また、特許文献３では、周縁部に沿って弾性体を取り付けた１枚もしくは複数枚の円盤状の圧電振動板を、１本の支柱で支持した音発生装置が記載されており、音響特性の改善効果を得ている。

図１０には、従来の圧電振動装置の一例が示されている。図示の圧電振動装置２００は、音響パネル２０２上に、支柱２０４と圧電振動板２０６，２１２からなる圧電振動体２０１が固定された構造となっており、前記圧電振動板２０６，２１２は、前記支柱２０４によって、音響パネル２０２に対して略平行となるように支持されている。前記圧電振動板２０６は、４２アロイなどの金属系材料もしくはポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）などの樹脂材料からなる振動板２０８に、Ｎｉ，Ｐｄ，Ａｇなどの電極層が表面に形成された圧電素子２０９，２１０を貼り付けたバイモルフ構造となっている。他方の圧電振動板２１２も同様の構成となっており、振動板２１４に圧電素子２１５，２１６が貼り付けられたバイモルフ構造となっている。また、前記支柱２０４は、ステンレスなどの金属系材料もしくはＰＥＴ，アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）などの樹脂材料で成型され、音響パネル２０２は、例えば、ガラスやハニカム構造のアルミなどで形成されている。

前記圧電振動板２０６，２１２の各電極と振動板２０８，２１４には、例えば、導電性ペーストやハンダ２１８，２２０，２２４，２２６などによって、導線２２２及び２２８が接続されている。そして、これら導線２２２及び２２８を介して電気的信号を印加することにより、圧電振動板２０６，２１２が振動し、その振動が支柱２０４に伝わる。更に、該支柱２０４を介して圧電振動体２０１が固定されている音響パネル２０２に振動が伝わることで、音響パネル２０２が振動し、音を発生させる。
特開２０００−２２４６９６号公報（第４〜第８図）ＷＯ０１／５４４５０国際公開公報（Ｆｉｇ９）特開２０００−１３４６８２号公報（第１図及び第３図）

しかしながら、以上のような背景技術には次のような不都合がある。

（１）衝撃荷重が圧電振動体に加わると、圧電振動板に過大な応力が加わり、脆弱材料である圧電素子を破壊してしまったり、支柱からの脱落，振動板曲がりなどの構造的障害を生ずる他、焦電効果による起電力発生に伴って回路へ影響を及ぼす恐れもある。また、複数枚の圧電振動板を用いる場合では、圧電振動板と筐体との接触による破壊のほかにも、各圧電振動板同士の衝突による圧電素子の破壊も生じてしまう。

（２）圧電振動板を複数用いると、錦糸線による半田付けなどの電気的接続方法や、支柱への圧電振動板の貼り付け，支柱と電気的接続端子の取り付けなどの実装方法が複雑になり、生産性の低下を招きコストが高くなる。

この発明は、以上の点に着目したもので、その目的は、耐衝撃性に優れた圧電振動装置を提供することである。他の目的は、実装性の改善・信頼性の向上を図ることである。

前記目的を達成するため、本発明は、電極が形成された圧電素子によって構成した圧電振動板を、筐体に振動可能に支持した圧電振動装置であって、前記圧電振動板の略中央部に設けられており、該圧電振動板を、前記筐体の主面の一つに対して略平行となるように支持する支持手段，前記圧電振動板と前記主面との間に設けられており、これら各部間の距離よりも短い厚みを有するとともに、前記圧電振動板と前記主面との接触を防止する振幅規制手段，を備えたことを特徴とする。主要な形態の一つは、前記圧電振動板が複数設けられており、前記支持手段によって互いに略平行となるように支持されるとともに、前記振幅規制手段が、前記複数の圧電振動板間に設けられ、圧電振動板同士の接触を防止することを特徴とする。好ましくは、前記振幅規制手段のヤング率が、２ＧＰａ以下であることを特徴とする。

本発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。

本発明によれば、次のような効果が得られる。

（１）筐体の主面の一つと圧電振動板の間，複数の圧電振動板同士の間に、振幅規制手段を設けることとしたので、大きな振幅が抑制され、圧電素子にかかる応力を緩和し、破損を防止することができる。また、複数枚の圧電振動板同士の衝突や、圧電振動板と筐体との衝突による破損も防止できるため、耐衝撃性を向上させることができる。

（２）筐体の主面の一つと圧電振動板の間，複数の圧電振動板同士の間の隙間を、加速抑制手段で満たし、該加速抑制手段を介して振動を伝達することとしたので、立ち上がりの鋭い変位を抑制することができ、圧電素子の破壊を引き起こすような荷重発生を抑制することができる。

（３）圧電振動板の両端を支柱で固定し、筐体の主面に対して略平行となるように支持することとしたので、前記圧電振動板の略中央のみを支持した片持ち梁型の構造に比べ、発生変位を抑制できるため、圧電素子の破壊を防ぐことができる。

（４）支柱を内蔵した筐体に、位置合わせ用の手段を設けた圧電振動板を入れることとしたので位置合わせが容易になるとともに、複数の圧電振動板同士を、接続端子が設けられた部材で支えることとしたので、電気的接続も含めて実装が容易となる。また、ケース構造により、取り扱いが容易になり、実装周囲への影響を考慮する必要がなくなるとともに、圧電振動板が支柱から脱落することがない。更に、前記筐体内に加速規制手段を封入することとしたので、圧電振動板の急激な変形加速を抑え、耐衝撃性を向上させることができ、同時に、変形による起電力も低減させることができる。

（５）支柱を内蔵した筐体に、位置合わせ用の手段を設けた圧電振動板を入れ、複数の圧電振動板同士を、接続端子が設けられた部材で支えるとともに、前記圧電振動板の規制を抑制するスロープを設けることとしたので、振動板曲がり，圧電体の割れなどを防ぎ、耐衝撃性を向上させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、いくつかの実施例に基づいて詳細に説明する。

最初に、図１を参照して、本発明の実施例１について説明する。図１(A)は、本実施例の外観を示す斜視図であり、その＃Ａ−＃Ａ線に沿って切断した断面を矢印方向に見た状態が、同図(B)の断面図に示されている。

同図に示すように、本実施例の圧電振動装置１０は、携帯電話などの筐体（ケース）１２の主面の１つに、略長方形の圧電振動板１６及び２４の略中央部が、支柱１４Ａ，１４Ｂによって前記筐体１２に対して略平行となるように固定されている。なお、圧電振動板１６，２４と支柱１４Ａ，１４Ｂは、筐体１２，支柱１４Ａ，圧電振動板２４，支柱１４Ｂ，圧電振動板１６の順となるように重ね合わせて、接着剤などによって固定されているが、これら重なり部分を上方からビス止めあるいはネジ止めするようにしてもよい。前記支柱１４Ａ，１４Ｂとしては、例えば、ステンレスなどの鉄系合金，真ちゅうなどの銅系合金，ポリカーボネートなどの硬質樹脂などが用いられるが、これに限定されるものではなく公知の各種の材質のものが利用できる。

前記圧電振動板１６は、略長方形の振動板１８の表裏に、該振動板１８とほぼ同寸法であって、厚さ方向に分極した圧電素子（圧電セラミックス）２０，２２が貼り合わせられたバイモルフ構造となっている。これら圧電素子２０，２２は、圧電体の表裏両面に駆動用の電極層（図示せず）がそれぞれ形成された構成となっている。他方の圧電振動板２４も同様の構成となっており、振動板２６の表裏両面に圧電素子２８，３０が貼り合わせられたバイモルフ構造となっている。なお、圧電素子２８，３０についても、その表裏両面には図示しない電極層がそれぞれ形成されている。前記振動板１８，２６としては、例えば、４２アロイや真ちゅうなどが用いられる。また、圧電素子２０，２２の圧電体としては、例えば、ＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）などが用いられ、電極層としては、例えば、銀，白金，パラジウムなどが用いられる。

圧電素子２０の上下電極，圧電素子２２の上下電極のそれぞれに電圧を印加することで、圧電素子２０，２２の圧電体にそれぞれ分極が施される。このようにして分極が施された圧電素子２０，２２を、例えば、導電性接着剤を用いて前記振動板１８に貼り合わせることで圧電振動板１６が得られる。なお、本例では、圧電素子２０の下部電極，圧電素子２２の上部電極，振動板１８は共通電位となっており、必要に応じてアースされる。

更に、本実施例では、前記圧電振動板２４の両端部２４Ａ，２４Ｂには、スペーサ３４Ａ，３４Ｂが設けられている。また、前記筐体１２の主面上には、前記スペーサ３４Ａ，３４Ｂと対応する位置に、他のスペーサ３２Ａ，３２Ｂが設けられている。これらスペーサ３２Ａ，３２Ｂ，３４Ａ，３４Ｂは、圧電振動板１６，２４が、設計範囲を超えるような大きな振幅をしないように強制的に振幅を抑制するものであって、ヤング率２ＧＰａ以下の軟らかい材料によって構成されている。このようなスペーサ３２Ａ，３２Ｂ，３４Ａ，３４Ｂの材料としては、上述したヤング率を満たすものであれば、どのようなものであってもよいが、例えば、ポリエチレン，ポリプロピレン，ナイロン，合成ゴムなどのバルク材料や、ポリスチレンやメラミン樹脂などの硬い樹脂を発泡させて実質的に剛性を低下させた材料などを用いることができる。

次に、本実施例の作用を説明する。上述したバイモルフ構造の圧電振動板１６，２４は、一般的な圧電バイモルフとして作用して振動する。すなわち、圧電振動板１６においては、各圧電素子２０，２２の圧電体の分極方向及び中央の電極として作用する振動板１８に対する外側の電極電圧の関係により、一方の圧電素子が長手方向に伸びると、他方の圧電素子が長手方向に縮むことで、図の上下方向に屈曲変位する。圧電振動板２４についても同様である。なお、圧電振動板１６，２４は、振動装置全体としての利得の周波数特性が平坦となるように、異なる長さに設定されている。

この場合において、本実施例では、筐体１２の主面と圧電振動板２４の間にスペーサ３２Ａ，３２Ｂが設けられており、圧電振動板１６，２４間にもスペーサ３４Ａ，３４Ｂが取り付けられている。このため、スペーサ３２Ａ，３２Ｂ，３４Ａ，３４Ｂの大きさや取り付ける位置などを、予め圧電振動板１６，２４が設計範囲を超えるような大きな振幅をしないように設定することにより、過剰な振幅を抑制することができる。

以上説明したように、本実施例によれば、ヤング率２ＧＰａ以下の軟らかい材料で構成されたスペーサが、筐体１２と圧電振動板２４との間，圧電振動板２４と圧電振動板２６との間にそれぞれ設けられる。このため、圧電振動板１６，２４の共振周波数を大きく変えることなく過剰の振幅を抑制でき、圧電素子２０，２２，２８，３０にかかる応力を緩和し、これらの破壊が防止される。また、圧電振動板２４と筐体１２との接触，あるいは、圧電振動板１６，２４同士の接触による破損も防ぐことができ、耐衝撃性が改善されて信頼性が向上する。

次に、図２を参昭して、本発明の実施例２について説明する。同図(A)は本実施例の構成を示す斜視図であり、その＃Ｂ−＃Ｂ線に沿って切断した断面を矢印方向に見た状態が同図(B)に示されている。なお、上述した実施例と同一あるいは対応する構成要素には、同一の符号を用いることとする（以下の実施例についても同様）。

図２に示すように、本実施例の圧電振動装置４０は、基本的には上述した実施例と同様の構成となっており、筐体１２の主面上に、圧電振動板１６及び２４が、支柱１４Ａ，１４Ｂによって略平行に固定されている。そして、前記筐体１２の主面と圧電振動板２４の間の空間と、圧電振動板１６と２４との間の空間には、柔軟性の弾性材料４２が充填されており、この弾性材料４２を介して、圧電振動板１６，２４の振動が筐体１２に伝達される。前記弾性材料４２としては、柔軟性があり、ヤング率が１００ＭＰａ以下で、かつ、ポアソン比が０．４５以上のものであればどのようなものであってもよいが、例えば、３次元架橋した樹脂に有機液体を膨潤させてなるゲル，具体的には、シリコーン樹脂にシリコーン油を膨潤させたシリコーンゲルなどが適している。

本実施例によれば、弾性率が極めて小さく、体積弾性率の大きな弾性材料４２を介して、圧電振動板１６，２４の振動が筐体１２に伝達される。このため、可聴音域のような比較的低周波数領域の振動に対しては減衰が小さく、衝撃変位のような立ち上がりの鋭く大きな変位に対しては、変位の加速度を抑制することができ、上述した実施例と同様の効果を得ることができる。なお、前記弾性材料４２は、前記空間全体に充填してもよく、また、前記空間の一部のみに充填してもよい。前記空間の一部のみに充填する場合は、組み立ての作業性が向上する。また、前記空間全体に充填する場合は、圧電振動装置の姿勢に影響されることなく、安定して加速度抑制効果が得られる。

次に、図３を参照して、本発明の実施例３について説明する。図３(A)は、本実施例の構成を示す斜視図であり、その＃Ｃ−＃Ｃ線に沿って切断した断面を矢印方向に見た状態が、同図(B)に示されている。上述した実施例１及び２はいずれも、略長方形の圧電振動板１６，２４の略中心を支柱１４Ａ，１４Ｂで支持した構造であったが、本形態は、圧電振動板１６，２４の両端を支柱で固定した例である。

図３に示すように、本実施例の圧電振動装置５０は、筐体１２の主面に対して圧電振動板１６，２４が略平行となるように、支柱５２，５４によって前記圧電振動板１６，２４の両端が支持された構造となっている。前記圧電振動板１６は、支柱５２，５４の上方に形成された段差５２Ａ，５４Ａ上に置かれ、圧電振動板２４は、前記段差５２Ａ，５４Ａの下方に形成された嵌合部５２Ｂ，５４Ｂに嵌め込むようにして、接着剤などにより固定される。支柱５２，５４自体も、筐体１２の主面に対して接着剤などで固定され、圧電振動板１６，２４の振動を筐体１２に伝達する構造となっている。

前記支柱５２，５４としては、同質の材料（例えば、ヤング率１００ＧＰａ以上の剛性の高い材料など）で形成し、双方から同じように圧電振動板１６，２４の振動を伝達するようにしてもよいし、一方の支柱（例えば５２）を、他方の支柱（例えば５４）よりも１０倍以上の剛性をもつ材料で構成し、剛性の高い支柱（この場合は５２）から圧電振動板１６，２４の振動を伝達する構成としてもよい。この場合は、剛性の高い支柱材料として、ヤング率１００ＧＰａ以上の金属，例えば、ステンレスなどの鉄系材料などを用い、剛性の低い材料として、ヤング率が１０ＧＰａ以下の樹脂材料，例えば、ＰＥＴ，ナイロンなどを用いることができる。本実施例によれば、圧電振動板１６，２４の両端が支柱５２，５４によって支持されているため、衝撃荷重が加わった場合でも、背景技術のような片持ち梁型に比べ発生変位を抑制できる。従って、圧電素子の破壊を防ぐことができるとともに、共振周波数を大きく変えることなく、不必要な大変位を抑制できる。

次に、上述した実施例１〜実施例３について、具体例を挙げて説明する。具体例１〜具体例４，比較例１〜比較例３を、以下の通りに作製し、後述する方法に従って比較試験を行った。なお、図４には、比較例の構造が示されている。図４(A)は斜視図であり、その＃Ｄ−＃Ｄ線に沿って切断した断面を矢印方向に見た状態が、同図(B)に示されている。同図に示す圧電振動装置６０は、上述した実施例１と基本的には同様の構成となっているが、耐衝撃性の手段としてのスペーサなどは一切設けられていない。

具体例１……実施例１と同様の構成で、スペーサとして、ヤング率１．２ＧＰａのナイロンを使用し、支柱としてステンレスを使用した。

比較例１……図４に示す圧電振動装置６０と同様の構成で、支柱としてステンレスを使用した。

比較例２……実施例１と同様の構成で、スペーサとしてヤング率３ＧＰａの硬質ナイロンを使用し、支柱としてステンレスを使用した。

具体例２……実施例２と同様の構成で、弾性材料としてヤング率６０ＭＰａ，ポアソン比０．４７のシリコーンゲルを使用し、支柱としてステンレスを使用した。

比較例３……実施例２と同様の構成で、弾性材料（充填する材料）としてヤング率４００ＭＰａ，ポアソン比０．４の弾性ゴムを使用し、支柱としてステンレスを利用した。

具体例３……実施例３と同様の構成で、支柱は両方ともヤング率２００ＧＰａのステンレスを利用した。

具体例４……実施例３と同様の構成で、一方の支柱としてヤング率２００ＧＰａのステンレスを使用し、他方の支柱としてヤング率３ＧＰａの硬質ナイロンを使用した。

なお、上述した具体例，比較例の作製においては、圧電振動板は長さ４０ｍｍ，幅７ｍｍとし、厚さは、金属振動板部分が０．０４ｍｍ，圧電素子は厚さ０．１ｍｍのものを２枚使用したバイモルフ構造とした。また、圧電振動板１６，２４間と、振動板２４と筐体１２の主面との間の距離は１ｍｍとした。

以上のようにして作製した比較例１〜３，具体例１〜４の圧電振動装置を、大きさが５０ｍｍ×５０ｍｍ，厚さが１．５ｍｍのＡＢＳ樹脂筐体１２に固定し、３Ｖｒｍｓの交流電圧を印加して、発生する音の周波数特性を測定した。このとき、筐体１２から測定用マイクまでの距離は１０ｃｍとした。また、耐衝撃性を調べるために、衝撃試験機を用いて、３０００Ｇの衝撃荷重を印加し、試験後に圧電素子を観察して、クラックの有無を調べた。試験結果を、以下の表１に示す。

表１に示す結果を比較すると、衝撃に対する対策を施していない比較例１では、衝撃荷重の印加によって亀裂が発生した。衝撃対策を施した具体例１〜４では、共振周波数，音圧は比較例１と同等であるが、亀裂の発生は認められなかった。これらの結果から、スペーサの挿入，弾性材料の充填，圧電振動板の両端での支持という本発明の手段が、耐衝撃性に効果があると認められる。

また、具体例１に対して、スペーサのヤング率が２ＧＰａ以上である比較例２では、音質は変化しないものの、スペーサに振動板が衝突することによって亀裂が発生した。同様に、具体例２に対して、充填剤のヤング率が１００ＭＰａ以上，ポアソン比が０．４５以下である比較例３では、変位抑制効果が強すぎるため、過大変位による亀裂発生はなかったが、通常の駆動条件の変位も抑制されてしまい、１次共振周波数が８００Ｈｚと高く、音圧が６０ｄＢと低くなった。以上の結果から、スペーサのヤング率，充填する弾性材料のヤング率及びポアソン比が、上述した具体例で示した適正な範囲内であることが重要であると分かる。

次に、図５及び図６を参照して、本発明の実施例４について説明する。図５(A)は、本形態の外観を示す斜視図，その＃Ｅ−＃Ｅ線に沿って切断した断面を矢印方向に見た状態が同図(B)に示されている。同図(C)及び(D)は、前記(B)の部分拡大図で、電気的接続の様子を示している。また、図６は、本実施例の構成を示す分解斜視図である。これらの図に示すように、本実施例の圧電振動装置７０は、上下に分割可能なケース７１内に、圧電振動板８４，９２が略平行に収納されており、該ケース７１内に振動の急激な加速を抑制するための粘性液体１０８が満たされている。そして、下部ケース７２の底面７２Ａに設けられた支柱７４，上部ケース７８の上面７８Ａに設けられた支柱８０，前記圧電振動板８４，９２間に配置された支持棒１００によって、前記ケース７１が取り付けられるパネルに伝達する構成となっている。

まず、ケース７１は、上述したように下部ケース７２と上部ケース７８に分割可能な構成となっており、下部ケース７２の底面７２Ａの略中央には、前記圧電振動板８４に接する支柱７４が予め内蔵されている。該支柱７４は、圧電振動板８４の振動を阻害することがないように、該圧電振動板８４へ向けて鋭くなった断面略３角形の三角柱状に形成されている。なお、図示の例では断面略３角形としたが、圧電振動板８４の振動を阻害しない形状であれば、断面は台形や半円状などであってもよい。また、下部ケース７２の側面７２Ｂの略中央の上端には、前記圧電振動板８４に取り付けられた突部８６Ａ，９１を受ける受部７６が形成されている。上部ケース７８の構成も同様であり、その上面７８Ａには、支柱８０が設けられ、側面７８Ｂの略中央下端には、圧電振動板９２に取り付けられた突部９４Ａ，９９を受ける受部８２が形成されている。

このようなケース７１は、例えば、ステンレスなどの金属系材料，あるいは、ＰＥＴやＡＢＳなどの樹脂材料で成形される。なお、図示の例は、上下から圧電振動板８４，９２を挟み込む構成となっているが、左右からの挟み込みであってもよいし、上下のいずれか又は左右のいずれか片方が蓋であってもよい。

次に、圧電振動板８４は、図５(D)に示すように、金属板などにより構成された振動板８６の表面に、圧電素子８７，８８が貼り付けられたバイモルフ構造となっており、該圧電素子８７は、圧電層８７Ｂの表裏に電極層８７Ａ，８７Ｃが形成された構造となっている。圧電素子８８についても同様に、圧電層８８Ｂの表裏に電極層８８Ａ，８８Ｃが形成された構造となっている。前記振動板８６の長辺の略中央には、前記下部ケース７２の縁に設けられた受部７６に係止するとともに、該振動板８６及び前記電極層８７Ａ，８８Ｃの引き出し部を兼ねる突部８６Ａが形成されている。図示の例では、該突部８６Ａは、前記振動板８６と一体に形成されている。また、圧電振動板８４の略中央には、前記突部８６Ａと対向する長辺側に、ＰＥＴなどの絶縁フィルム８９を介して、銅又はカーボンなどの導電テープ９０が設けられている。

該絶縁フィルム８９及び導電テープ９０は、圧電振動板８４の縁を上下から挟み込むとともに、重なり部分が延出するように取り付けられている。そして、該延出した突部９１が、前記下部ケース７２の受部７６に係止するとともに、圧電素子８８の上部電極層８８Ａと圧電素子８７の下部電極層８７Ｃの引き出し部となっている。このような構成の圧電振動板８４を、下部ケース７２の上方から、前記突部８６Ａ，９１を前記受部７６へ嵌るように下ろしていくと、圧電振動板８４を下部ケース７１内に予め設定した高さ位置で略平行に固定することができる。

もう一方の圧電振動板９２についても同様に、図５(C)に示すように、振動板９４上に圧電素子９５，９６が貼り付けられたバイモルフ構造となっており、前記振動板９４には突部９４Ａが形成され、その対向する長辺側には、前記圧電素子９６を挟み込むように絶縁フィルム９７，導電テープ９８が設けられている。そして、これらテープの延出した突部９９が上部ケース７８への位置合わせと電極引き出し部を兼ねている。すなわち、突部９４Ａは、振動板９４，圧電素子９６の下部電極層９６Ｃ，圧電素子９５の上部電極層９５Ａの引き出し部となり、突部９９は、圧電素子９６の上部電極層９６Ａと、圧電素子９５の下部電極層９５Ｃの引き出し部として作用する。このような圧電振動板９２の上方から上部ケース７８を下ろして受部８２を、前記突部９４Ａ，９９に嵌めるようにすると、容易に位置合わせが可能となる。

次に、前記圧電振動板８４及び９２の間に配置される支持棒１００について説明する。支持棒１００は、断面略長方形の棒状体となっており、本体１０２の両端には、前記圧電振動板８４，９２の各電極層と電気的接続を行うための接続端子１０４Ａ，１０４Ｂが設けられている。前記接続端子１０４Ａ，１０４Ｂは、例えば、銀や銅などの導電性接着剤などを塗布することにより形成される。また、支持棒１００の代わりに、燐青銅に金メッキを施すなどしたバネを使用し、該バネの接触などによっても、圧電振動板８４，９２同士の電気的接続が可能である。すなわち、圧電振動板８４，支持棒１００，圧電振動板９２を重ね合わせると、前記圧電振動板８４，９２の突部８６Ａ，９４Ａが、支持棒１００の接続端子１０４Ａと電気的に接続し、他方の突部９１，９９が接続端子１０４Ｂに接続することによって、両面の圧電素子８６，９２の電極の導通を行うことが可能となっている。

以上のような構成の各部は、図６に示すように、予め支柱７４が内蔵された下部ケース７２に、圧電振動板８４を嵌め込み、その上に、前記支持棒１００を介して圧電振動板９２をのせ、更に、その上方から、支柱８０が内蔵された上部ケース７８を、受部８２が突部９４Ａ，９９に嵌るように重ね合わせることにより、容易に位置合わせを行うことができる。また、下部ケース７２の受部７６と、上部ケース７８の受部８２との突き合わせ位置に形成された窓１０６からは、接続端子１０４Ｂ，突部９１，９９が露出し、反対側の窓１０７からは、同じく接続端子１０４Ａ、突部８６Ａ，９４Ａが露出しており、これらにリード線などを接続することで、圧電振動板８４．９２に駆動用の電気信号を印加することができる。最後に、ケース７１を密封したら、例えば注射器などを利用して、該ケース７１内に粘性液体１０８を封入する。該粘性液体１０８としては、電気信号による圧電振動板８４，９２の振動を阻害しないものであればどのようなものであってもよいが、例えば、シリコーンオイルなどが利用される。また、前記条件を満たすものであれば、粘性液体に限らず、ゲル状の低粘度材やゼリー状物体を封入するようにしてもよい。

このように、本実施例によれば、次のような効果が得られる。

（１）支柱７４，８０を内蔵したケース７１に、位置合わせと電極引き出しを兼ねる突部８６Ａ，９１，９４Ａ，９９を設けた圧電振動板８４，９２を入れることとしたので、実装しやすく圧電振動板８４，９２の位置合わせが容易にできる。また、前記圧電振動板８４，９２同士を、接続端子１０４Ａ，１０４Ｂが設けられた支持棒１００で支えることとしたので、電気的接続の点からも実装が容易になる。

（２）ケース構造により、取り扱いがし易くなり、圧電振動板８４，９２のむき出しによる実装周囲への影響を考慮する必要が無くなる。また、ケース７１による封止構造のため、圧電振動板８４，９２が支柱７４，８０から脱落することがなくなり、更に実装が容易になるとともに、コスト低減が期待できる。

（３）ケース７１内に粘性液体１０８を封入することとしたので、圧電振動板８４，９２に過度の応力がかかっても、圧電振動板８４，９２の急激な変形加速が抑えられることにより、振動板曲がり、圧電体の割れなどを防ぎ、耐衝撃性を向上させることができる。同時に、変形による起電力も低減させることができる。更に、耐衝撃性の向上により、耐久性が要求される携帯機器にも採用が可能となる。

次に、図７を参照して、本発明の実施例５について説明する。本実施例は、上述した実施例４と同様に、圧電振動板がケース内に封止された構造となっている。図７は、本実施例の構造を示す主要断面図である。なお、上述した実施例４と同一又は対応する構成要素には、同一の符号を用いることとする。

図７に示すように、本実施例の圧電振動装置１２０は、圧電振動板８４，９２を支持する支柱７４，８０が内蔵されたケース７１の底面と上面に、弾性材料からなるスロープ１２２Ａ，１２２Ｂ，１２４Ａ，１２４Ｂが設けられている。また、電気的接続端子１０４Ａが設けられた支持棒１００の側面にも、スロープ１２６Ａ，１２６Ｂが設けられている。すなわち、圧電振動板８４，９２とケース７１の間と、圧電振動板８４，９２同士の間にスロープが設けられている。これらスロープ１２２Ａ〜１２６Ａ，１２２Ｂ〜１２６Ｂは、圧電振動板８４，９２の必要な振動を遮ることがないように、中心から外側に向かって厚みが薄くなっている。このようなスロープを設けることにより、耐衝撃性を向上させることができる。また、これらスロープの長さは、衝撃緩和と電気信号による振動の阻害にならない範囲で任意に設定する。また、電気信号による圧電振動板８４，９２の振動を阻害しなければ、これらスロープは圧電振動板８４，９２と接触していてもよい。本形態の実装方法・電極引出構造などは、上述した実施例と同様である。

このように、本実施例によれば、スロープ１２２Ａ〜１２６Ａ，１２２Ｂ〜１２６Ｂを設けることとしたので、圧電振動板８４，９２の局部的な過度の変形が抑えられ、上述した実施例４と同様の効果が得られる。更に、前記スロープ１２２Ａ〜１２６Ａ，１２２Ｂ〜１２６Ｂを、例えば、ＰＥＴ，ＡＢＳなどの樹脂材料，もしくは、発泡性ゴムなどの弾性材料で形成することにより、更に耐衝撃性を向上させることができる。

次に、図８を参照して、本発明の実施例６について説明する。図８は、本発明の主要断面図である。前記実施例５では、ケース７１内に支柱とは別体としてスロープを設けることとしたが、本実施例の圧電振動装置１３０は、スロープが支柱を兼ねる例である。図８に示すように、下部ケース７２の底面には、中央がもっとも厚みのある曲面形状のスロープ１３２が形成されている。該スロープ１３２は、前記実施例における支柱７４とスロープ１２２Ａ，１２２Ｂに相当するものである。また、上部ケース７８の上面には、同様の曲面状のスロープ１３４が設けられており、更に、支持棒１００の側面には、曲面形状のスロープ１３６Ａ，１３６Ｂが設けられている。これらのスロープ１３２，１３４，１３６Ａ，１３６Ｂの形状・大きさは、上述した実施例５と同様の基準で設定され、材料も同様のものが使用される。また、本実施例の作用・効果は上述した実施例と同様である。

なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることができる。例えば、以下のものも含まれる。

（１）前記実施例で示した材料や形状・寸法は一例であり、同様の作用を奏するように設計変更可能である。圧電振動板の構造もユニモルフ，バイモルフのいずれであってもよい。また、圧電素子自体が、圧電層と電極層を交互に積層した積層構造のものであってもよく、その積層数，内部電極の接続パターン，引出構造なども必要に応じて適宜変更可能である。また、前記形態では、圧電振動板を２枚使用することとしたが、更に多くの圧電振動板を用いてもよいし、一枚の圧電振動板のみを含む構成としてもよく、その数は状況に応じて適宜増減してよい。また、前記実施例を組み合わせるようにしてもよい。例えば、実施例４で示した粘性液体を、実施例５や実施例６のケース内に充填するという具合である。

（２）前記実施例１で示したスペーサの形状は一例であり、同様の効果を奏するように、その形状は適宜変更してよい。例えば、実施例５及び６で示されるようなスロープ形状とするなどである。また、前記実施例１では、筐体１２の主面や圧電振動板２４にスペーサを設けることとしたが、同様の効果を奏するように、その位置は適宜変更してよい。例えば、図９(A)に示す圧電振動装置１４０では、筐体１４２の内側底面１４４に、２つの圧電振動板１５６,１５８が支柱１５４によって略水平に支持されている。そして、筐体１４２の内側側面１４８には、突起１５２Ａ〜１５２Ｃが、圧電振動板１５６,１５８の振幅を規制する位置に設けられ、同様の突起１５２Ｄ〜１５２Ｆが、前記側面１４８に対向する側面１５０にも設けられている。これら、突起１５２Ａ〜１５２Ｆは、上述した実施例１のスペーサ３２Ａ,３２Ｂ,３４Ａ,３４Ｂと同様の弾性材料により構成される。すなわち、前記実施例１では、筐体１２の底面や圧電振動板２４にスペーサを設けたが、本実施例では、筐体１４２の側面にスペーサを設けたものであり、これによっても前記実施例と同様の効果を得ることができる。

また、図９(B)に示す圧電振動装置１６０のように、筐体１４２の底面１４４に、上述した例の突起１５２Ａ〜１５２Ｆと同様の材質からなる支柱１６２,１６４を設け、該支柱１６２,１６４に設けた規制部１６２Ａ,１６２Ｂ,１６４Ａ,１６４Ｂにより、圧電振動板１５６,１５８の振幅を規制するようにしてもよい。なお、本例は、圧電振動板１５６，１５８の両端を、対向するように配置した支柱１６２，１６４で挟み込むような構成としたが、同図(C)に示す圧電振動装置１７０のように、支柱１６２，１６４の規制部１６２Ａ，１６２Ｂ，１６４Ａ，１６４Ｂの開放部分が同方向（図示の例では、紙面の手前向き）に向くように配置して、圧電振動板１５６，１５８の振幅を規制するようにしてもよい。

（３）本発明の好適な応用例としては、携帯電話，携帯情報端末（ＰＤＡ），ボイスレコーダ，ＰＣ（パソコン）などの各種電子機器のスピーカがある。他にアクチュエータなど、各種の用途に適用してよい。

本発明によれば、圧電振動板の耐衝撃性が向上するので、例えば携帯電話のように落下による衝撃が加えられる機器に好適である。

本発明の実施例１を示す図であり、(A)は外観を示す斜視図，(B)は前記(A)を＃Ａ−＃Ａ線に沿って切断した断面図である。本発明の実施例２を示す図であり、(A)は外観を示す斜視図，(B)は前記(A)を＃Ｂ−＃Ｂ線に沿って切断した断面図である。本発明の実施例３を示す図であり、(A)は外観を示す斜視図，(B)は前記(A)を＃Ｃ−＃Ｃ線に沿って切断した断面図である。前記実施例に対する比較例の構成を示す図であり、(A)は外観を示す斜視図，(B)は前記(A)を＃Ｄ−＃Ｄ線に沿って切断した断面図である。本発明の実施例５を示す図であり、(A)は外観を示す斜視図，(B)は前記Ａを＃Ｅ−＃Ｅ線に沿って切断した断面図，(C)及び(D)は、前記(B)の部分拡大図である。前記実施例の構成を示す分解斜視図である。本発明の実施例５の構造を示す主要断面図である。本発明の実施例６の構造を示す主要断面図である。本発明の他の実施例を示す図である。背景技術の一例を示す図である。

符号の説明

１０：圧電振動装置
１２：筐体
１４，１４Ａ，１４Ｂ：支柱
１６，２４：圧電振動板
１６Ａ，１６Ｂ，２４Ａ，２４Ｂ：端部
１８，２６：振動板
２０，２２，２８，３０：圧電素子
３２Ａ，３２Ｂ，３４Ａ，３４Ｂ：スペーサ
４０：圧電振動装置
４２：弾性材料
５０：圧電振動装置
５２，５４：支柱
５２Ａ，５４Ａ：段差
５２Ｂ，５４Ｂ：嵌合部
６０：圧電振動装置
７０：圧電振動装置
７１：ケース
７２：下部ケース
７２Ａ：底面
７２Ｂ，７８Ｂ：側面
７４，８０：支柱
７６，８２：受部
７８：上部ケース
７８Ａ：上面
８４，９２：圧電振動板
８６，９４：振動板
８６Ａ，９４Ａ：突部
８７，８８，９５，９６：圧電素子
８７Ａ，８７Ｃ，８８Ａ，８８Ｃ，９５Ａ，９５Ｃ，９６Ａ，９６Ｃ：電極層
８７Ｂ，８８Ｂ，９５Ｂ，９６Ｂ：圧電層
８９，９７：絶縁フィルム
９０，９８：導電テープ
９１，９９：突部
１００：支持棒
１０２：本体
１０４Ａ，１０４Ｂ：接続端子
１０６，１０７：窓
１０８：粘性液体
１２０：圧電振動装置
１２２Ａ，１２２Ｂ，１２４Ａ，１２４Ｂ，１２６Ａ，１２６Ｂ：スロープ
１３０：圧電振動装置
１３２，１３４：スロープ（兼支柱）
１３６Ａ，１３６Ｂ：スロープ
１４０，１６０，１７０：圧電振動装置
１４２：筐体
１４４：底面
１４６：上面
１４８，１５０：側面
１５２Ａ〜１５２Ｆ：突部
１５４：支柱
１５６，１５８：圧電震動板
１６２，１６４：支柱
１６２Ａ，１６２Ｂ，１６４Ａ，１６４Ｂ：規制部
２００：圧電振動装置
２０１：圧電振動体
２０２：音響パネル
２０４：支柱
２０６，２１２：圧電振動板
２０８，２１４：振動板
２０９，２１０，２１５，２１６：圧電素子
２１８，２２０，２２４，２２６：半田
２２２，２２８：導線

Claims

電極が形成された圧電素子によって構成した圧電振動板を、筐体に振動可能に支持した圧電振動装置であって、
前記圧電振動板の略中央部に設けられており、該圧電振動板を、前記筐体の主面の一つに対して略平行となるように支持する支持手段，
前記圧電振動板と前記主面との間に設けられており、これら各部間の距離よりも短い厚みを有するとともに、前記圧電振動板と前記主面との接触を防止する振幅規制手段，
を備えたことを特徴とする圧電振動装置。
前記圧電振動板が複数設けられており、前記支持手段によって互いに略平行となるように支持されるとともに、
前記振幅規制手段が、前記複数の圧電振動板間に設けられ、圧電振動板同士の接触を防止することを特徴とする請求項１記載の圧電振動装置。
前記振幅規制手段のヤング率が、２ＧＰａ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の圧電振動装置。
電極が形成された圧電素子によって構成した圧電振動板を、筐体に振動可能に支持した圧電振動装置であって、
前記圧電振動板の略中央部に設けられており、該圧電振動板を、前記筐体の主面の一つに対して略平行となるように支持する支持手段，
前記圧電振動板と前記主面との間の空間に充填されており、前記圧電振動板の振動を前記主面に伝達する加速抑制手段，
を備えたことを特徴とする圧電振動装置。
前記圧電振動板が複数設けられており、前記支持手段によって互いに略平行となるように支持されるとともに、
前記加速抑制手段を、前記複数の圧電振動板間の空間に充填したことを特徴とする請求項４記載の圧電振動装置。
前記加速抑制手段は、ヤング率が２００ＭＰａ以下，かつ、ポアソン比が０．４５以上の弾性材料であることを特徴とする請求項４又は５記載の圧電振動装置。
電極が形成された圧電素子によって構成した略長方形の圧電振動板を、筐体に振動可能に支持した圧電振動装置であって、前記圧電振動板が少なくとも一つ以上設けられるとともに、
前記圧電振動板の両端側に設けられた一組の支持手段によって、前記圧電振動板を、前記筐体の主面の一つに対して略平行となるように支持したことを特徴とする圧電振動装置。
前記一組の支持手段の一方を、他方よりも１０倍以上の剛性を有する材料で構成し、該剛性の高い支持手段が主として前記圧電振動板の振動を、前記筐体に伝達することを特徴とする請求項７記載の圧電振動装置。
前記剛性の高い支持手段をヤング率１００ＧＰａ以上の金属で構成し、前記剛性の低い支持手段をヤング率１０ＧＰａ以下の樹脂材料で構成したことを特徴とする請求項８記載の圧電振動装置。
電極が形成された圧電素子によって構成した圧電振動板を、筐体に振動可能に支持した圧電振動装置であって、
前記圧電振動板を振動可能に支持するとともに、少なくとも一組の対向する主面を有し、かつ、全体を前記対向する主面の一方の面をそれぞれ含むように分割可能な筐体，
前記筐体の対向する主面の内側に設けられており、前記圧電振動板の振動を前記筐体に伝達する支持手段，
前記圧電振動板の端部ないし縁部に設けられており、前記筐体に設けられた位置決め手段に係止して、該圧電振動板を前記筐体の対向する主面に対して略平行に支持するとともに、該圧電振動板の圧電素子の電極引き出し構造を備えた係止手段，
前記筐体内に封入されており、前記圧電振動板の急激な加速の抑制を行う加速抑制手段，
を備えたことを特徴とする圧電振動装置。
前記加速抑制手段が、粘性液体，ゲル状低粘度材，ゼリー状物体のいずれかであることを特徴とする請求項１０記載の圧電振動装置。
電極が形成された圧電素子によって構成した圧電振動板を、筐体に振動可能に支持した圧電振動装置であって、
前記圧電振動板を振動可能に支持するとともに、少なくとも一組の対向する主面を有し、かつ、全体を前記対向する主面の一方の面をそれぞれ含むように分割可能な筐体，
前記筐体の対向する主面の内側に設けられており、前記圧電振動板の振動を前記筐体に伝達する支持手段，
前記圧電振動板に設けられており、前記筐体に設けられた位置決め手段に係止して、該圧電振動板を前記筐体の対向する主面に対して略平行に支持するとともに、該圧電振動板の圧電素子の電極引き出し構造を備えた係止手段，
前記筐体の対向する主面の内側に設けられており、前記圧電振動板の振幅を規制するスロープ状ないし曲面状の第１の振幅規制手段，
を備えたことを特徴とする圧電振動装置。
前記第１の振幅規制手段が、弾性材料からなることを特徴とする請求項１２記載の圧電振動装置。
前記第１の振幅規制手段が、前記支持手段を兼ねることを特徴とする請求項１２又は１３記載の圧電振動装置。
前記圧電振動板を複数備えるとともに、
該複数の圧電振動板間に配置された角柱状の棒状体，
該棒状体の両端側に設けられるとともに、前記圧電振動板の電極引き出し構造と接続する接続端子，
を備えたことを特徴とする請求項１０〜１４のいずれかに記載の圧電振動装置。
前記棒状体の側面に、スロープ状ないし曲面状の第２の振幅規制手段を設けたことを特徴とする請求項１５記載の圧電振動装置。
前記支持手段が、前記圧電振動板へ向けて鋭くなった傾斜面ないし曲面を有することを特徴とする請求項１０〜１６のいずれかに記載の圧電振動装置。