JP2018019065A - 圧電振動装置及びこれを備える電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】 外部の衝撃及びウェイト部材の離脱に起因する圧電振動部材の破損を防ぐことができ、圧電振動部材の一領域から結合部材が設けられて該結合部材がウェイト部材を取り囲んで固定することにより、ウェイト部材が圧電振動部材から離脱することを防ぐことのできる圧電振動装置及びこれを備える電子機器を提供すること。【解決手段】 本発明に係る圧電振動装置は、内部に所定の空間が設けられたケースと、前記ケースの内部に設けられ、印加される電圧により振動し、圧電素子を有する圧電振動部材と、前記ケースの内部に設けられ、前記圧電振動部材の一部と接触されて設けられるウェイト部材と、前記圧電振動部材の一領域に設けられて、前記ウェイト部材を接触固定する少なくとも一つの固定部材と、を備える。また、本発明に係る電子機器は、筐体又はパネルと接触されるように少なくとも一つの圧電振動装置が設けられた電子機器であって、前記圧電振動装置を備える。【選択図】図2
Description
本発明は、圧電振動装置に係り、特に、電子機器内において触覚フィードバック(haptic feedback)手段として用いられる圧電振動装置及びこれを備える電子機器に関する。
圧電物質(Piezoelectric material)は、圧力を加えると電圧が発生し(圧電効果)、電圧を加えると圧電物質内における圧力の変化により体積や長さの増減が発生する(逆圧電効果)。圧電振動装置は、逆圧電効果を有することから、携帯電話、携帯用マルチメディア再生装置(Potable Multimedia Player;PMP)、ゲーム機などの様々な電子機器に広く採用される。
携帯電話などに用いられる圧電振動装置は、ユーザーのタッチに振動で反応する触覚フィードバック手段として使用可能である。触覚フィードバックとは、物体に触れたとき、ユーザーのフィンガーティップ(指先又はスタイラスペン)で感じられる触覚のことをいう。触覚フィードバック手段は、仮想の物体(例えば、ウィンドウ画面のボタン表示)に人間が触れたとき、まるで実際の物体(実際のボタン)に触れたかのような応答性で動的特性(ボタンを押下するときに指先に伝わる振動、触感と動作音など)を再生することができるということが最も理想的であるといえる。この理由から、圧電振動装置は、人間が触覚を通じて振動を認知し得る十分な振動力を提供する必要がある。
このような圧電振動装置の例として、特許文献1(大韓民国登録特許第10−0502782号公報)には、振動板の片面又は両面に複数の圧電板が取り付けられた圧電型振動装置が開示されている。しかしながら、特許文献1のように振動板に圧電板を取り付けた構造だけでは電子機器に求められる十分な振動力を発生させ難い。すなわち、振動の振幅が小さ過ぎるだけではなく、現在用いられている電磁石の原理を用いたコイン型振動モーターやソレノイド型振動装置が発生させる振動力に比べて振動力が顕著に小さいため実用性に乏しい。
振動力を大きくするために、質量の大きなウェイト部材を圧電振動部材の上に取り付けて用いることがある。すなわち、振動を発生させる圧電振動部材の上に接着剤などを用いてウェイト部材を圧電振動部材とは垂直の方向に貼り付けて振動力を増幅させる。このような圧電振動装置は、例えば、電子機器の一領域に設けられ、電子機器の垂直方向に振動して携帯電話の全体に振動を提供する。
ところが、質量の大きなウェイト部材が用いられる圧電振動装置は、衝撃により圧電振動部材が破損される虞がある。すなわち、ウェイト部材は、接着剤などにより圧電振動部材の上に貼り付けられるが、電子機器の落下などにより圧電振動装置に衝撃が加えられたときにウェイト部材が圧電振動部材から離脱してウェイト部材の質量により圧電振動部材に衝撃が加えられ、これにより、圧電振動部材が破損される虞がある。このように圧電振動部材が破損されると、触覚によりフィードバック反応をしないため圧電振動装置としての機能を失ってしまう。なお、ウェイト部材が離脱すると、圧電振動装置の共振周波数が変わり、これにより、所望の共振周波数で振動することができなくなる。
本発明は、外部の衝撃及びウェイト部材の離脱に起因する圧電振動部材の破損を防ぐことのできる圧電振動装置を提供する。
本発明は、圧電振動部材の一領域から固定部材が設けられて該結合部材がウェイト部材を取り囲んで固定することにより、ウェイト部材が圧電振動部材から離脱することを防ぐことのできる圧電振動装置を提供する。
本発明は、前記圧電振動装置を備える電子機器を提供する。
本発明の一態様に係る圧電振動装置は、内部に所定の空間が設けられたケースと、前記ケースの内部に設けられ、印加される電圧により振動し、圧電素子を有する圧電振動部材と、前記ケースの内部に設けられ、前記圧電振動部材の一部と接触されて設けられるウェイト部材と、前記圧電振動部材の一領域に設けられて、前記ウェイト部材を接触固定する少なくとも一つの固定部材と、を備える。
好ましくは、前記圧電素子は、ベースと、前記ベースの少なくとも一方の面の上に形成された複数の圧電層と、前記複数の圧電層の間に形成された複数の内部電極と、前記複数の内部電極と接続されるように外部に設けられた外部電極と、を備える。
また、好ましくは、前記ベースの厚さは、前記圧電素子の厚さの1/3〜1/150である。
更に、好ましくは、前記圧電層の厚さは、前記ベース又は内部電極の厚さに等しいかそれよりも大きい。
更にまた、好ましくは、前記圧電層のそれぞれの厚さは、前記圧電素子の厚さの1/3〜1/30である。
更にまた、好ましくは、前記圧電層は、少なくとも一つの気孔を有する。
更にまた、好ましくは、前記内部電極は、少なくとも一領域の厚さが異なる。
更にまた、好ましくは、前記内部電極は、前記圧電層の面積の10%〜97%の面積を有する。
更にまた、好ましくは、前記圧電層は、シード組成物を含む。
更にまた、好ましくは、前記圧電層は、ペロブスカイト結晶構造を有する圧電物質により形成される配向原料組成物と、前記配向原料組成物内に分布され、ABO3(Aは、2価の金属元素、Bは、4価の金属元素)の一般式を有する酸化物により形成されるシード組成物と、を含む。
更にまた、好ましくは、前記シード組成物は、少なくとも一方向に1μm〜20μmの長さに配向される。
更にまた、好ましくは、前記固定部材は、前記圧電振動部材の側面から前記ウェイト部材の側面及び上面を取り囲むように設けられる。
更にまた、好ましくは、前記圧電振動装置は、前記ウェイト部材の側面及び上面に形成されて前記固定部材を収容する収容溝を更に備える。
更にまた、好ましくは、前記固定部材は、前記ウェイト部材の長さの5%〜50%の幅に形成される。
更にまた、好ましくは、前記圧電振動装置は、前記ウェイト部材の上に設けられて前記ウェイト部材を追加固定する追加固定部材と、前記圧電素子と結合された振動板を有する前記圧電振動部材の圧電素子の周縁と前記振動板とを結合するように設けられた結合部材と、前記振動板と接触されていない圧電素子の他方の面の上に設けられた補強部材と、のうちの少なくともいずれか一つを更に備える。
更にまた、好ましくは、前記圧電振動装置は、前記ケースの内部に設けられた少なくとも一つの緩衝部材を更に備える。
前記緩衝部材は、下部ケースと前記圧電振動部材との間に設けられた第1の緩衝部材と、前記圧電振動部材と前記ウェイト部材との間に設けられた第2の緩衝部材と、前記ウェイト部材と上部ケースとの間に設けられた第3の緩衝部材と、前記ケースの内側面と前記ウェイト部材の側面との間に設けられた第4の緩衝部材と、のうちの少なくともいずれか一つを備える。
本発明の他の態様に係る電子機器は、筐体又はパネルと接触されるように設けられた本発明の一実施形態に係る圧電振動装置を少なくとも一つ備える。
好ましくは、前記電子機器は、前記圧電振動装置のケースの内部に設けられた少なくとも一つの緩衝部材を更に備える。
また、好ましくは、前記電子機器には、前記圧電振動装置が、両面テープ、フォームテープ、シリコンパッド、ねじ及び係合用ピンのうちのいずれか一つ以上により締着される。
本発明の実施形態に係る圧電振動装置は、圧電振動部材の上に設けられるウェイト部材を圧電振動部材の一方の側に設けられた固定部材を用いて固定することができる。なお、固定部材は、ウェイト部材を取り囲むように設けられる。
したがって、ウェイト部材を接着剤を用いて貼着する従来に比べてウェイト部材の結合力を向上させることができ、これにより、電子機器の落下などの衝撃によってウェイト部材が離脱することを防ぐことができる。要するに、たとえ強い衝撃が生じた場合であっても圧電振動装置の機能を正常に発揮することができる。
以下、添付図面に基づいて本発明の実施形態について詳細に説明する。しかしながら、本発明は以下に開示される実施形態に何ら限定されるものではなく、異なる様々な形態に具体化され、単にこれらの実施形態は本発明の開示を完全たるものにし、通常の知識を有する者に発明の範囲を完全に知らせるために提供されるものである。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る圧電振動装置の組合せ斜視図であり、図2は、同分解斜視図である。また、図3は、同分解断面図であり、図4は、同部分斜視図である。更に、図5は、圧電振動装置の一部の領域の様々な実施形態に係る概略図である。なお、図6及び図7は、本発明に用いられる圧電素子の一例に係る斜視図及び断面図であり、図8は、本発明に用いられる圧電素子の他の例に係る特性を説明するための図である。
図1から図5を参照すると、本発明の第1の実施形態に係る圧電振動装置は、内部に所定空間が設けられるケース1000と、ケース1000の内部空間に設けられて振動を発生させる圧電振動部材2000と、ケース1000の内部空間に設けられ、圧電振動部材2000の一部に結合されて圧電振動部材2000の振動を増幅させるウェイト部材3000と、圧電振動部材2000の少なくとも一領域に設けられてウェイト部材3000を固定するための固定部材4000と、を備えていてもよい。
1.ケース
ケース1000は、下部ケース1100及び上部ケース1200を備え、内部に所定の空間が設けられてもよい。すなわち、下部ケース1100及び上部ケース1200が組み合わせられて圧電振動装置の外形をなし、内部に所定の空間が設けられてもよい。
ケース1000は、下部ケース1100及び上部ケース1200を備え、内部に所定の空間が設けられてもよい。すなわち、下部ケース1100及び上部ケース1200が組み合わせられて圧電振動装置の外形をなし、内部に所定の空間が設けられてもよい。
下部ケース1100は、圧電振動部材2000の下側に設けられて、圧電振動部材2000の少なくとも一部を内部空間に収容する。このような下部ケース1100は、圧電振動部材2000及びウェイト部材3000の形状に倣って内部空間が設けられるように、例えば、長手方向(すなわち、X方向)に対向する両辺が第1の長さを有し、これと直交する幅方向(すなわち、Y方向)に対向する両辺が第2の長さを有し、第1の長さが第2の長さよりも大きな形状を呈するように設けられてもよい。すなわち、圧電振動部材2000及びウェイト部材3000の長さに対応する両辺が長く、圧電振動部材2000及びウェイト部材3000の幅に対応する両辺が短く設けられてよい。また、下部ケース1100は、長手方向の少なくとも両辺から上方(すなわち、Z方向)に向かって所定の高さだけ延設されてもよい。すなわち、下部ケース1100は、略長方形の平面部1110と、平面部1110の少なくとも二つの辺から上側に向かって延びた少なくとも一つの側面部1120と、を備えていてもよい。平面部1110は、圧電振動部材2000から所定の間隔だけ離れて圧電振動部材2000の下側を覆ってもよい。側面部1120は、平面部1110の周縁の少なくとも二つの領域から上側に向かって延設されてもよい。例えば、側面部1120は、平面部1110の長辺の周縁から上方に向かって延設されてもよい。もちろん、側面部1120は、平面部1110の四つの周縁から上方に向かって延設されてもよい。ここで、側面部1120が平面部1110の四つの周縁から延設される場合、少なくとも一つ以上の領域が異なる高さに形成されてもよい。例えば、側面部1120のうち長辺に形成されたものが短辺に形成されたものよりも高く形成されてもよい。このように側面部1120が様々な形状に製作されても、上部ケース1200と組み合わせられて側面が覆われてもよい。一方、平面部1110の長さは、圧電振動部材2000の長さよりも短くてもよい。すなわち、圧電振動部材2000は、下部ケース1100の長さよりも長く設けられてもよく、これにより、少なくとも一部が下部ケース1100の外側に露出されてもよい。もちろん、圧電振動部材2000が下部ケース1100の長さよりも短く設けられて下部ケース1100の内部に完全に収容されてもよい。このように下部ケース1100の形状は種々に変形可能である。
上部ケース1200は、ウェイト部材3000の上側に設けられて内部にウェイト部材3000が収容され、圧電振動部材2000の少なくとも一部が収容される。すなわち、ウェイト部材3000は、上部ケース1200の内部に設けられてもよく、圧電振動部材2000は、下部及び上部ケース1100、1200間の空間に設けられてもよい。このような上部ケース1200は、圧電振動部材2000及びウェイト部材3000の形状に倣って内部空間が設けられるように対向する両辺が長く、これと直交する方向に対向する両辺が短い形状に設けられてもよい。すなわち、上部ケース1200は、下部ケース1100と少なくとも一領域が同じ形状を有するように長手方向(すなわち、X方向)の対向する両辺が長く、幅方向(すなわち、Y方向)に対向する両辺が短い形状を有してもよい。また、上部ケース1200は、少なくとも一領域から下方に向かって延設されてもよい。すなわち、上部ケース1200は、略長方形の平面部1210と、平面部1210の周縁から下部ケース1100に向かって延びた第1の延長部1220と、第1の延長部1220から水平方向に延びた第2の延長部1230と、を備えていてもよい。平面部1210は、圧電振動部材2000及びウェイト部材3000の長手方向に沿って両辺が長く、圧電振動部材2000及びウェイト部材3000の幅方向に沿って両辺が短く設けられてもよい。更に、第1の延長部1220は、平面部1210の二つの周縁から下側に向かって延設されてもよく、周縁の少なくとも一部から下側に向かって延設されてもよい。すなわち、第1の延長部1220は、平面部1210の短辺から下側に向かって延設されてもよい。更にまた、第2の延長部1230は、第1の延長部1220から水平方向に所定の長さだけ延設されてもよい。このため、上部ケース1200は、幅方向に対向する両領域が下側に向かって水平方向に折り曲げられた形状を有してもよい。このような第2の延長部1230は、圧電振動部材2000の所定の領域と係合されてもよい。一方、第2の延長部1230の所定の領域に開口1235が形成され、これに対応して圧電振動部材2000にも開口2220が形成されてもよい。上部ケース1200の開口1235及び圧電振動部材2000の開口2220は、上部ケース1200及び圧電振動部材2000の位置合わせのために形成され、圧電振動装置を組み立てた後に該圧電振動装置を電子装置に固定するために用いられてもよい。一方、上部ケース1200には、平面部1210の長手方向に対向する両辺、すなわち、長辺から下側に向かって延びた複数の第3の延長部1240が形成されてもよい。第3の延長部1240は、所定の間隔を隔てて所定の幅に設けられてもよく、下部ケース1100の側面部1120と接触されてもよい。すなわち、下部ケース1100の側面部1120と外側又は内側において接触されるように上部ケース1200の第3の延長部1240が設けられてもよい。このため、内部に圧電振動部材2000及びウェイト部材3000を収容し、上部ケース1200の第3の延長部1240と下部ケース1100の側面部1120とが接触されて下部ケース1100及び上部ケース1200が組み合わせられて圧電振動装置が実現されてもよい。また、上部ケース1200は、下部ケース1100との間に圧電振動部材2000及びウェイト部材3000を収容するように第1及び第3の延長部1220、1240のそれぞれの高さがウェイト部材3000及び圧電振動部材2000の一部の高さよりも高くてもよい。一方、下部ケース1100及び上部ケース1200のうちの少なくとも一方には少なくとも一つの孔(図示せず)を形成して外部端子を接続してもよい。すなわち、下部ケース1100の平面部1110及び上部ケース1200の平面部1210のうちの少なくともいずれか一方には少なくとも一つの孔が形成されて外部から電源を供給するための外部端子が差し込まれてもよい。外部端子は、圧電振動部材2000の圧電素子2100と接続されてもよい。
2.圧電振動部材
圧電振動部材2000は、振動板2200と、振動板2200の少なくとも一方の面に設けられた圧電素子2100と、を備えていてもよい。このような圧電振動部材2000は、電圧の印加により曲げ応力が発生する逆圧電効果を用いて振動を発生させる。すなわち、圧電素子2100は、印加される電圧により垂直方向に伸縮運動をし、振動板2200は、これを曲げ変形して垂直方向に振動を発生させる。ここで、圧電素子2100は、ベースと、ベースの少なくとも一方の面の上に設けられた少なくとも一つの圧電層及び内部電極を備えていてもよい。このような圧電素子2100の詳細については、図6及び図7などに基づいて後述する。圧電素子2100は、接着剤などにより振動板2200の少なくとも一方の面に貼り付けられる。このとき、振動板2200の両側が同じ長さを有するように、圧電素子2100は、振動板2200の中央部に貼り付けられてもよい。また、圧電素子2100は、振動板2200の上面に貼り付けられてもよく、振動板2200の下面に貼り付けられてもよく、振動板2200の上下の両面ともに貼り付けられてもよい。すなわち、本発明の実施形態においては、圧電素子2100が振動板2200の下面に貼り付けられる場合を図示し且つ説明しているが、圧電素子2100は、振動板2200の上面に貼り付けられてもよく、振動板2200の上面及び下面の両面ともに貼り付けられてもよい。ここで、圧電素子2100及び振動板2200は、接着剤による貼り付けに加えて、様々な方法により固定可能である。例えば、振動板2200に圧電素子2100を粘着剤を用いて粘着し、振動板2200及び圧電素子2100の側面を接着剤などを用いて貼り合わせてもよい。
圧電振動部材2000は、振動板2200と、振動板2200の少なくとも一方の面に設けられた圧電素子2100と、を備えていてもよい。このような圧電振動部材2000は、電圧の印加により曲げ応力が発生する逆圧電効果を用いて振動を発生させる。すなわち、圧電素子2100は、印加される電圧により垂直方向に伸縮運動をし、振動板2200は、これを曲げ変形して垂直方向に振動を発生させる。ここで、圧電素子2100は、ベースと、ベースの少なくとも一方の面の上に設けられた少なくとも一つの圧電層及び内部電極を備えていてもよい。このような圧電素子2100の詳細については、図6及び図7などに基づいて後述する。圧電素子2100は、接着剤などにより振動板2200の少なくとも一方の面に貼り付けられる。このとき、振動板2200の両側が同じ長さを有するように、圧電素子2100は、振動板2200の中央部に貼り付けられてもよい。また、圧電素子2100は、振動板2200の上面に貼り付けられてもよく、振動板2200の下面に貼り付けられてもよく、振動板2200の上下の両面ともに貼り付けられてもよい。すなわち、本発明の実施形態においては、圧電素子2100が振動板2200の下面に貼り付けられる場合を図示し且つ説明しているが、圧電素子2100は、振動板2200の上面に貼り付けられてもよく、振動板2200の上面及び下面の両面ともに貼り付けられてもよい。ここで、圧電素子2100及び振動板2200は、接着剤による貼り付けに加えて、様々な方法により固定可能である。例えば、振動板2200に圧電素子2100を粘着剤を用いて粘着し、振動板2200及び圧電素子2100の側面を接着剤などを用いて貼り合わせてもよい。
振動板2200は、金属、プラスチックなどを用いて製作してもよく、異なる2種類以上の素材を積層して少なくとも二重構造に製作してもよい。このような圧電素子2100及び振動板2200は、略長方形の板状に製作される。すなわち、圧電素子2100及び振動板2200は、それぞれ所定の長さ、幅及び厚さを有し、対向する一方の面及び他方の面を有する形状に製作される。このとき、振動板2200が圧電素子2100よりも長く製作されてもよい。また、振動板2200は、ウェイト部材3000よりも長く製作されてもよい。このような圧電振動部材2000は、振動板2200の一方の面が圧電素子2100の一方の面と貼り合わせられ、振動板2200の他方の面がウェイト部材3000の一部と接触される。すなわち、振動板2200の下面に圧電素子2100が貼り付けられ、振動板2200の上面にウェイト部材3000の一部が結合されてもよい。更に、圧電素子2100が振動板2200の上面に取り付けられる場合、圧電素子2100とウェイト部材3000とが接触されて結合されてもよい。このとき、圧電振動部材2000及びウェイト部材3000は貼り合わせられてもよい。更にまた、振動板2200は、圧電素子2100と貼り合わせられた領域を除く所定の領域が外側に向かって延設されてもよい。すなわち、図2に示すように、圧電素子2100と貼り合わせられた領域の外側に向かって延長板2210が延設され、延長板2210は、上部ケース1200の第2の延長部1230と接触されてもよい。換言すると、振動板2200は、圧電素子2100と接触される領域及び上部ケース100の第2の延長部1230と接触される領域を有していてもよい。加えて、延長板2210には、上部ケース1200の第2の延長部230の開口1235と対応するように開口2220が形成されてもよい。一方、振動板2200の外側の係合領域、すなわち、延長板2210は様々な形状に設けられてもよい。例えば、下側に向かって折り曲げられた後に再び上側に向かって折り曲げられた形状を有してもよく、折り曲げられた領域の外側に再び平らに形成され、この領域が上部ケース1200の第2の延長部1230と接触されてもよい。
3.ウェイト部材
ウェイト部材3000は、所定の長さと幅及び厚さを有する略六面体の形状を有する。また、ウェイト部材3000は、圧電振動部材2000側に接触部3100が形成され、接触部3100は、圧電振動部材2000と接触される。すなわち、接触部3100は、圧電振動部材2000の一方の面と対面するウェイト部材3000の厚手方向の一方の面の中央部に設けられてもよく、これにより、圧電振動部材2000の中央部と接触されてもよい。接触部3100は、水平をなすように平らに設けられたウェイト部材3000の一方の面の中央部に突設されてもよく、ウェイト部材3000の一方の面が周縁から中央部に向かって所定の角度だけ傾くように形成され、中央部の最も高い部分が接触部3100となって圧電振動部材2000と接触されてもよい。このとき、接触部3100及び圧電振動部材2000は、接着部材などにより貼り合わせられてもよい。すなわち、ウェイト部材3000は、接触部3100と圧電振動部材2000との間に接着部材が設けられてウェイト部材3000が圧電振動部材2000に1次的に固定されてもよい。ここで、接着部材としては、両面テープ、クッションテープ、エポキシボンド、シリコンボンド、シリコンパッドなどをはじめとするテープやボンド類が使用可能である。これにより、接触部3100が圧電振動部材2000と接触され、ウェイト部材3000の残りの領域は圧電振動部材2000から離れる。ところが、接着剤の種類及びそれによる特性に応じて接着剤を厚く塗布しなければならない場合があるが、接着剤の塗布厚さに応じて圧電振動部材2000とウェイト部材3000との間の間隔が大きくなり、これに伴い、圧電振動装置の厚肉化が招かれてしまう虞がある。このため、接着剤が塗布される領域、すなわち、接触部3100には、接着剤の塗布厚さに応じて、内部に凹んだ凹部(図示せず)が形成され、凹部の内側に接着剤が塗布されてもよい。一方、接触部3100は、必ずしもウェイト部材3000の中央部に設けられるとは限らず、中央部から20%以内の範囲内であれば、その配設位置は限定されない。これにより、振動周波数及び変位を調節することができる。このように、圧電振動部材2000と結合されるウェイト部材3000は、圧電振動部材2000の振動につれて振動しながら自分の重さをその振動に載せる。このように、圧電振動部材2000にウェイト部材3000が結合されてウェイト部材3000の重さが載せられると、振動体の重さが増し、その結果、圧電振動部材2000が単独で振動するときに比べて共振周波数は減少する代わりに、振動力は強くなる。特に、交流駆動電圧の特定の周波数においては、振動力が最大限に増幅される。共振周波数は、圧電振動部材2000、ウェイト部材3000などの各構成要素の物理的な財源及び物性的な特徴に応じて異なる値を有してもよい。振動体は、自分の固有振動数において振動をするときに最も大きな振動を引き起こす。振動体がウェイト部材3000なしに圧電振動部材2000の単独で構成された場合、その振動体の共振点は圧電素子2100の固有振動数に近いため、圧電振動部材2000がその共振点において最大限に振動するときに圧電素子2100に流れる電流値が相対的に高い。これに対し、振動体が圧電振動部材2000及びウェイト部材3000間の結合体により構成された場合、その振動体の共振点は圧電素子2100の固有振動数から大きく遠ざかってその振動体がその共振点において最大限に振動を引き起こすときに圧電素子2100に流れる電流値は相対的に低くなる。また、圧電振動部材2000に流れる電流は前者の場合よりも後者の場合の方に低いため、振動体にウェイト部材3000を用いる場合、電力の消耗量を大幅に低減することができる。一方、ウェイト部材3000の側面及び上面には固定部材4000が嵌入して収容される収容溝3200が形成されてもよい。すなわち、固定部材4000が接触されるウェイト部材3000の領域には収容溝3200が凹設され、収容溝3200内に固定部材4000が嵌合して収容されてもよい。このような収容溝3200は、固定部材4000の厚さに見合う深さと、固定部材4000の幅に見合う幅を有するように形成されてもよい。このため、固定部材4000が収容溝3200に嵌合した後にウェイト部材3000の側面及び上面は固定部材4000と面一になってもよい。もちろん、収容溝3200は、固定部材4000の厚さよりも大きな深さを有するように形成されてもよく、固定部材4000の厚さよりも小さな深さを有するように形成されてもよい。しかしながら、収容溝3200の幅は固定部材4000の幅に等しく形成され、これにより、ウェイト部材3000が動かないようにすることが好ましい。このように、固定部材4000が収容溝3200内に嵌合してウェイト部材3000をなお一層強固に固定することができる。
ウェイト部材3000は、所定の長さと幅及び厚さを有する略六面体の形状を有する。また、ウェイト部材3000は、圧電振動部材2000側に接触部3100が形成され、接触部3100は、圧電振動部材2000と接触される。すなわち、接触部3100は、圧電振動部材2000の一方の面と対面するウェイト部材3000の厚手方向の一方の面の中央部に設けられてもよく、これにより、圧電振動部材2000の中央部と接触されてもよい。接触部3100は、水平をなすように平らに設けられたウェイト部材3000の一方の面の中央部に突設されてもよく、ウェイト部材3000の一方の面が周縁から中央部に向かって所定の角度だけ傾くように形成され、中央部の最も高い部分が接触部3100となって圧電振動部材2000と接触されてもよい。このとき、接触部3100及び圧電振動部材2000は、接着部材などにより貼り合わせられてもよい。すなわち、ウェイト部材3000は、接触部3100と圧電振動部材2000との間に接着部材が設けられてウェイト部材3000が圧電振動部材2000に1次的に固定されてもよい。ここで、接着部材としては、両面テープ、クッションテープ、エポキシボンド、シリコンボンド、シリコンパッドなどをはじめとするテープやボンド類が使用可能である。これにより、接触部3100が圧電振動部材2000と接触され、ウェイト部材3000の残りの領域は圧電振動部材2000から離れる。ところが、接着剤の種類及びそれによる特性に応じて接着剤を厚く塗布しなければならない場合があるが、接着剤の塗布厚さに応じて圧電振動部材2000とウェイト部材3000との間の間隔が大きくなり、これに伴い、圧電振動装置の厚肉化が招かれてしまう虞がある。このため、接着剤が塗布される領域、すなわち、接触部3100には、接着剤の塗布厚さに応じて、内部に凹んだ凹部(図示せず)が形成され、凹部の内側に接着剤が塗布されてもよい。一方、接触部3100は、必ずしもウェイト部材3000の中央部に設けられるとは限らず、中央部から20%以内の範囲内であれば、その配設位置は限定されない。これにより、振動周波数及び変位を調節することができる。このように、圧電振動部材2000と結合されるウェイト部材3000は、圧電振動部材2000の振動につれて振動しながら自分の重さをその振動に載せる。このように、圧電振動部材2000にウェイト部材3000が結合されてウェイト部材3000の重さが載せられると、振動体の重さが増し、その結果、圧電振動部材2000が単独で振動するときに比べて共振周波数は減少する代わりに、振動力は強くなる。特に、交流駆動電圧の特定の周波数においては、振動力が最大限に増幅される。共振周波数は、圧電振動部材2000、ウェイト部材3000などの各構成要素の物理的な財源及び物性的な特徴に応じて異なる値を有してもよい。振動体は、自分の固有振動数において振動をするときに最も大きな振動を引き起こす。振動体がウェイト部材3000なしに圧電振動部材2000の単独で構成された場合、その振動体の共振点は圧電素子2100の固有振動数に近いため、圧電振動部材2000がその共振点において最大限に振動するときに圧電素子2100に流れる電流値が相対的に高い。これに対し、振動体が圧電振動部材2000及びウェイト部材3000間の結合体により構成された場合、その振動体の共振点は圧電素子2100の固有振動数から大きく遠ざかってその振動体がその共振点において最大限に振動を引き起こすときに圧電素子2100に流れる電流値は相対的に低くなる。また、圧電振動部材2000に流れる電流は前者の場合よりも後者の場合の方に低いため、振動体にウェイト部材3000を用いる場合、電力の消耗量を大幅に低減することができる。一方、ウェイト部材3000の側面及び上面には固定部材4000が嵌入して収容される収容溝3200が形成されてもよい。すなわち、固定部材4000が接触されるウェイト部材3000の領域には収容溝3200が凹設され、収容溝3200内に固定部材4000が嵌合して収容されてもよい。このような収容溝3200は、固定部材4000の厚さに見合う深さと、固定部材4000の幅に見合う幅を有するように形成されてもよい。このため、固定部材4000が収容溝3200に嵌合した後にウェイト部材3000の側面及び上面は固定部材4000と面一になってもよい。もちろん、収容溝3200は、固定部材4000の厚さよりも大きな深さを有するように形成されてもよく、固定部材4000の厚さよりも小さな深さを有するように形成されてもよい。しかしながら、収容溝3200の幅は固定部材4000の幅に等しく形成され、これにより、ウェイト部材3000が動かないようにすることが好ましい。このように、固定部材4000が収容溝3200内に嵌合してウェイト部材3000をなお一層強固に固定することができる。
4.固定部材
固定部材4000は、圧電振動部材2000の少なくとも一領域からウェイト部材3000を取り囲むように設けられてもよい。例えば、固定部材4000は、振動板2200のX方向の両側面、すなわち、長辺から延設された第1及び第2の固定部材4100、4200を備えていてもよい。このような固定部材4000は、振動板2200と一体に設けられてもよい。もちろん、固定部材4000は、振動板2200とは別途に製作された後に振動板2200の一領域に溶接などの方法により固定されてもよい。しかしながら、固定部材4000は、振動板2200と一体に製作されることが好ましい。このような固定部材4000は、ウェイト部材3000の側面及び上面を取り囲むように形成されて、ウェイト部材3000を圧電振動部材2000の上に固定してもよい。すなわち、固定部材4000は、ウェイト部材3000の側面及び上面と接触されるように折れ曲がってウェイト部材3000を取り囲むように形成されてもよい。ウェイト部材3000は、圧電振動部材2000の上に接着剤などにより1次的に固定されるが、固定部材4000がウェイト部材3000を取り囲んで固定することにより、ウェイト部材3000をなお一層強固に固定することができる。一方、固定部材4000の折れ曲がった部分の少なくとも一部は切り欠かれて他領域よりも狭幅に又は薄肉に形成されてもよい。すなわち、図2に示すように、振動板2200の側面と接触される部分が所定の幅だけ切り欠かれて開口が形成されてもよい。このように、固定部材4000の少なくとも一部が切り欠かれることにより、固定部材4000を折り曲げ易く、これにより、ウェイト部材3000をなお一層緊密に固定することができる。このような固定部材4000は、振動板2200と同じ材質により形成されてもよく、例えば、金属材質により形成されてもよい。一方、固定部材4000は、振動板2200の両側に一対が形成されてもよく、2以上の複数の対が形成されてもよい。すなわち、固定部材4000は、振動板2200の一方の側面及びこれと対向する他方の側面にそれぞれ一つずつ形成されてもよく、振動板2200の一方の側面及びこれと対向する他方の側面に所定の間隔を隔てて複数個ずつ形成されてもよい。複数の対の固定部材4000が形成されることにより、ウェイト部材3000を複数の領域において固定することができ、これにより、一対の固定部材4000が形成される場合に比べてウェイト部材3000をなお一層強固に固定することができる。一方、固定部材4000は、ウェイト部材3000の長さに対して5%〜50%の幅を有するように形成されてもよい。すなわち、固定部材4000の幅は、ウェイト部材3000長さの5%〜50%に形成されてもよい。これは、一つの固定部材4000の幅がウェイト部材3000の長さの5%〜50%であってもよく、複数の固定部材4000の幅の合計がウェイト部材3000の長さの5%〜50%であってもよい。また、固定部材4000は、互いに当接する部分が様々な形状を有するように形成されてもよい。すなわち、図5の(a)に示すように、第1の固定部材4100の一領域に突出部が設けられ、他領域に凹部が設けられ、これと対向する第2の固定部材4200には第1の固定部材4100の突出部及び凹部にそれぞれ対向して凹部及び突出部が設けられてもよい。また、図5の(b)に示すように、第1の固定部材4100には、例えば、中央部に凹部が設けられ、これに対向して第2の固定部材4200には凸部が設けられてもよい。更に、図5の(c)に示すように、第1の固定部材4100には二以上の凹部が設けられ、これに対向して第2の固定部材4200には二以上の凸部が設けられてもよい。更にまた、図5の(d)に示すように、第1及び第2の固定部材4100、4200は、それぞれの末端が鋸の歯状に形成され、これらが対向して噛合してもよい。このように、第1及び第2の固定部材4100、4200の互いに当接する末端部を様々な形状に形成することにより、第1及び第2の固定部材4100、4200間の対面面積を増やすことができ、これにより、ウェイト部材3000の固定力をなお一層増大させることができる。一方、固定部材4000とウェイト部材3000との間、すなわち、固定部材4000と収容溝3200との間には接着剤又はクッション材が設けられてもよい。接着剤が設けられることにより、固定部材4000及びウェイト部材3000間の結合力を向上させることができる。なお、クッション材が設けられることにより、固定部材4000及びウェイト部材3000間の結合による衝撃を緩和させることができ、振動による騒音を低減することができる。
固定部材4000は、圧電振動部材2000の少なくとも一領域からウェイト部材3000を取り囲むように設けられてもよい。例えば、固定部材4000は、振動板2200のX方向の両側面、すなわち、長辺から延設された第1及び第2の固定部材4100、4200を備えていてもよい。このような固定部材4000は、振動板2200と一体に設けられてもよい。もちろん、固定部材4000は、振動板2200とは別途に製作された後に振動板2200の一領域に溶接などの方法により固定されてもよい。しかしながら、固定部材4000は、振動板2200と一体に製作されることが好ましい。このような固定部材4000は、ウェイト部材3000の側面及び上面を取り囲むように形成されて、ウェイト部材3000を圧電振動部材2000の上に固定してもよい。すなわち、固定部材4000は、ウェイト部材3000の側面及び上面と接触されるように折れ曲がってウェイト部材3000を取り囲むように形成されてもよい。ウェイト部材3000は、圧電振動部材2000の上に接着剤などにより1次的に固定されるが、固定部材4000がウェイト部材3000を取り囲んで固定することにより、ウェイト部材3000をなお一層強固に固定することができる。一方、固定部材4000の折れ曲がった部分の少なくとも一部は切り欠かれて他領域よりも狭幅に又は薄肉に形成されてもよい。すなわち、図2に示すように、振動板2200の側面と接触される部分が所定の幅だけ切り欠かれて開口が形成されてもよい。このように、固定部材4000の少なくとも一部が切り欠かれることにより、固定部材4000を折り曲げ易く、これにより、ウェイト部材3000をなお一層緊密に固定することができる。このような固定部材4000は、振動板2200と同じ材質により形成されてもよく、例えば、金属材質により形成されてもよい。一方、固定部材4000は、振動板2200の両側に一対が形成されてもよく、2以上の複数の対が形成されてもよい。すなわち、固定部材4000は、振動板2200の一方の側面及びこれと対向する他方の側面にそれぞれ一つずつ形成されてもよく、振動板2200の一方の側面及びこれと対向する他方の側面に所定の間隔を隔てて複数個ずつ形成されてもよい。複数の対の固定部材4000が形成されることにより、ウェイト部材3000を複数の領域において固定することができ、これにより、一対の固定部材4000が形成される場合に比べてウェイト部材3000をなお一層強固に固定することができる。一方、固定部材4000は、ウェイト部材3000の長さに対して5%〜50%の幅を有するように形成されてもよい。すなわち、固定部材4000の幅は、ウェイト部材3000長さの5%〜50%に形成されてもよい。これは、一つの固定部材4000の幅がウェイト部材3000の長さの5%〜50%であってもよく、複数の固定部材4000の幅の合計がウェイト部材3000の長さの5%〜50%であってもよい。また、固定部材4000は、互いに当接する部分が様々な形状を有するように形成されてもよい。すなわち、図5の(a)に示すように、第1の固定部材4100の一領域に突出部が設けられ、他領域に凹部が設けられ、これと対向する第2の固定部材4200には第1の固定部材4100の突出部及び凹部にそれぞれ対向して凹部及び突出部が設けられてもよい。また、図5の(b)に示すように、第1の固定部材4100には、例えば、中央部に凹部が設けられ、これに対向して第2の固定部材4200には凸部が設けられてもよい。更に、図5の(c)に示すように、第1の固定部材4100には二以上の凹部が設けられ、これに対向して第2の固定部材4200には二以上の凸部が設けられてもよい。更にまた、図5の(d)に示すように、第1及び第2の固定部材4100、4200は、それぞれの末端が鋸の歯状に形成され、これらが対向して噛合してもよい。このように、第1及び第2の固定部材4100、4200の互いに当接する末端部を様々な形状に形成することにより、第1及び第2の固定部材4100、4200間の対面面積を増やすことができ、これにより、ウェイト部材3000の固定力をなお一層増大させることができる。一方、固定部材4000とウェイト部材3000との間、すなわち、固定部材4000と収容溝3200との間には接着剤又はクッション材が設けられてもよい。接着剤が設けられることにより、固定部材4000及びウェイト部材3000間の結合力を向上させることができる。なお、クッション材が設けられることにより、固定部材4000及びウェイト部材3000間の結合による衝撃を緩和させることができ、振動による騒音を低減することができる。
上述したように、本発明の第1の実施形態に係る圧電振動装置は、圧電振動部材2000の上に設けられるウェイト部材3000を圧電振動部材2000の一方の側に設けられた固定部材4000を用いて固定することができる。固定部材4000は、ウェイト部材3000を取り囲むように設けられてもよい。このため、ウェイト部材3000を接着剤を用いて貼着する従来に比べてウェイト部材3000の結合力を向上させることができ、これにより、電子機器の落下などの衝撃に起因してウェイト部材3000が離脱することを防ぐことができる。要するに、たとえ強い衝撃が生じた場合であっても圧電振動装置の機能を正常に発揮することができる。
次いで、添付図面に基づき、本発明の圧電振動部材2000として用いられる圧電素子2100について詳細に説明する。図6及び図7は、本発明の一例に係る圧電素子の斜視図及び断面図であり、図8及び図9は、本発明の他の例に係る圧電素子を説明するための図である。
2.1.圧電素子の一例
図6に示すように、圧電素子2100は、所定の厚さを有する板状に設けられてもよい。例えば、圧電素子2100は、0.1mm〜1mmの厚さを有してもよい。しかしながら、圧電振動装置の大きさなどに応じて、圧電素子2100の厚さは、前記厚さの範囲以内であってもよく、前記厚さの範囲から外れてもよい。また、圧電素子2100は、略長方形の形状を有してもよいが、このとき、長さが幅よりも長くてもよく、長さが幅に等しくてもよい。例えば、X方向への長さ及びY方向への幅間の割合が5:5〜9:1であってもよい。このとき、圧電素子2100は、振動板2200よりも小さいか或いはそれに等しいサイズを有するように設けられてもよいが、X方向への長さが振動板2200の長さよりも短いかそれに等しく、Y方向への幅が振動板2200の幅よりも短いかそれに等しく設けられてもよい。もちろん、圧電素子2100は、圧電振動装置の形状に応じて、円形、楕円形など様々な形状に設けられてもよい。
図6に示すように、圧電素子2100は、所定の厚さを有する板状に設けられてもよい。例えば、圧電素子2100は、0.1mm〜1mmの厚さを有してもよい。しかしながら、圧電振動装置の大きさなどに応じて、圧電素子2100の厚さは、前記厚さの範囲以内であってもよく、前記厚さの範囲から外れてもよい。また、圧電素子2100は、略長方形の形状を有してもよいが、このとき、長さが幅よりも長くてもよく、長さが幅に等しくてもよい。例えば、X方向への長さ及びY方向への幅間の割合が5:5〜9:1であってもよい。このとき、圧電素子2100は、振動板2200よりも小さいか或いはそれに等しいサイズを有するように設けられてもよいが、X方向への長さが振動板2200の長さよりも短いかそれに等しく、Y方向への幅が振動板2200の幅よりも短いかそれに等しく設けられてもよい。もちろん、圧電素子2100は、圧電振動装置の形状に応じて、円形、楕円形など様々な形状に設けられてもよい。
このような圧電素子2100は、図7に示すように、ベース2110と、ベース2110の少なくとも一方の面の上に設けられた少なくとも一つの圧電層2120と、圧電層2120の上に形成された少なくとも一つの内部電極2130と、を備えていてもよい。すなわち、圧電素子2100は、ベース2110の両面に圧電層2120が形成されたバイモルフ型に形成されてもよく、ベース2110の片面に圧電層2120が形成されたユニモルフ型に形成されてもよい。また、変位及び振動力を増やし、低電圧駆動を可能にするためにベース2110の一方の面の上に圧電層2120を複数積層し、ユニモルフ型に形成してもよい。例えば、図7に示すように、ベース2110の一方の面及び他方の面の上に複数の圧電層2121〜2128(2120)が積層され、圧電層2120の間に導電層が形成されて複数の内部電極2131〜2138(2130)が形成されてもよい。また、導電層は、圧電層2120の表面に形成されて表面電極2139が形成されてもよい。一方、内部電極2130のうちの少なくとも一つは、ベース2110の表面の上に形成されてもよいが、このとき、ベース2110は、絶縁性物質により形成されてもよい。なお、圧電素子2100は、内部電極2130と接続されるように積層体の外部に形成された外部電極2141、2142(2140)を更に備えていてもよい。
ベース2110は、圧電層2120が積層された構造を保ちながら振動を発生させる特性を有する物質を用いて製作してもよい。例えば、ベース2110は、金属、プラスチック、絶縁性セラミックなどを用いて製作してもよい。一方、ベース2110は、金属、プラスチック、絶縁性セラミックなど圧電層2120とは異種の物質を用いなくてもよい。すなわち、ベース2110は、未分極の圧電層を用いて製作してもよい。このとき、ベース2110が未分極の圧電層又は金属により製作される場合、ベース2110の表面には内部電極2130が形成されない場合もある。ベース2110は、圧電素子2100の全体の厚さに対して1/3〜1/150の厚さに設けられてもよい。例えば、圧電素子2100の厚さが300μmである場合、ベース2110の厚さは2μm〜100μmであってもよい。このとき、ベース2110の厚さは、圧電層2120の全体の厚さよりも薄く、積層された複数の圧電層2120のそれぞれの厚さよりも薄いかそれに等しくてもよい。もちろん、ベース2110の厚さが圧電層2120のそれぞれの厚さよりも厚くてもよい。しかしながら、ベース2110が厚くなるにつれて圧電層2120の厚さが薄くなったり、圧電層2120の積層数が少なくなったりするため、圧電現象があまり発生しないことがある。このため、ベース2110の厚さは、圧電層2120の全体の厚さよりも薄く、複数の圧電層2120のそれぞれの厚さよりも薄いかそれに等しいことが好ましい。一方、ベース2110は、圧電素子2100の中央部だけではなく、上部又は下部に設けられてもよい。すなわち、ベース2110は、圧電素子2100の上部の表面又は下部の表面に設けられてもよい。ベース2110が圧電素子2100の一方の表面に設けられると、ベース2110の一方の面の上に複数の圧電層2120及び内部電極2130が積層されてもよい。すなわち、ベース2110が複数の圧電層2120及び内部電極2130を形成するための支持層として用いられてもよい。また、ベース2110は、圧電素子2100の内部に二以上に設けられてもよい。例えば、ベース2110は、圧電素子2100の上部及び下部にそれぞれ設けられてもよく、圧電素子2100の上部、中央部及び下部にそれぞれ設けられてもよい。もちろん、圧電素子2100の上部及び下部のうちのいずれか一方及び中央部にベース2110が設けられてもよい。一方、圧電素子2100の上部及び下部に設けられるベース2110は、絶縁性物質により形成されてもよく、絶縁性ベース2110により表面電極2139及び内部電極2130の酸化が防がれる。すなわち、絶縁性ベース2110が表面電極2139を覆うように設けられてもよく、絶縁性ベース2110により酸素又は水分などの浸透が防がれて表面電極2139及び内部電極2130の酸化が防がれてもよい。このように二以上のベース2110が設けられる場合であっても、ベース2110の全体の厚さは、圧電層2120の全体の厚さよりも薄いことが好ましい。
圧電層2120は、例えば、PZT(Pb,Zr,Ti)、NKN(Na,K,Nb)、BNT(Bi,Na,Ti)系の圧電物質を用いて形成してもよい。しかしながら、圧電層2120は、このような物質に何等限定されず、様々な圧電物質を用いて形成可能である。すなわち、圧電層2120は、圧力を加えると電圧が発生し、電圧を加えると圧力の変化による体積や長さが増減する各種多様な圧電物質を用いて形成可能である。一方、圧電層2120は、少なくとも一領域に形成された少なくとも一つの気孔(図示せず)を備えていてもよい。このとき、気孔は、少なくとも一つの大きさ及び形状に形成されてもよい。すなわち、気孔は、不規則的な形状及び大きさに不規則的に分布されてもよい。また、圧電層2120は、少なくとも一方向に分極されてもよい。例えば、隣り合う二つの圧電層2120が互いに異なる方向に分極されてもよい。すなわち、異なる方向に分極された複数の圧電層2120が交互に積層されてもよい。例えば、第1、第3、第6及び第8の圧電層2121、2123、2126、2128が下方に分極され、第2、第4、第5及び第7の圧電層2122、2124、2125及び2127が上方に分極されてもよい。
内部電極2130は、外部から印加される電圧を圧電層2120に印加するために設けられてもよい。すなわち、内部電極2130は、圧電層2120の分極のための第1の電源及び圧電層2120の駆動のための第2の電源を圧電層2120に印加してもよい。分極のための第1の電源及び駆動のための第2の電源は、外部電極2140を介して内部電極2130に印加されてもよい。このような内部電極2130は、圧電素子2100の外部に形成された外部電極2140と交互に接続されるように形成されてもよい。すなわち、第1、第3、第5及び第7の内部電極2131、2133、2135、2137は第1の外部電極2141と接続され、第2、第4、第6及び第8の内部電極2132、2134、2136、2138は第2の外部電極2142と接続されてもよい。また、内部電極2130は、導電性物質により形成されてもよいが、例えば、Al、Ag、Au、Pt、Pd、Ni、Cuのうちのいずれか一種以上の成分を含む金属又は金属合金により形成されてもよい。合金の場合、例えば、Ag及びPd合金が使用可能である。一方、Alは、焼成中に表面に酸化アルミニウム(Al2O3)が形成され、内部はAlを保持してもよい。すなわち、Alを圧電層2120の上に形成するときに空気と接触されるが、このようなAlは、後続する工程において表面が酸化されてAl2O3が形成され、内部はAlをそのまま保持する。このため、内部電極2130は、表面が多孔性の薄い絶縁層であるAl2O3により被覆されたAlにより形成されてもよい。もちろん、Alに加えて、表面に絶縁層、好ましくは、多孔性の絶縁層が形成可能である限り、様々な金属が用いられてもよい。一方、内部電極2130は、例えば、1μm〜10μmの厚さに形成されてもよい。ここで、内部電極2130は、少なくとも一領域の厚さが異なるように形成されてもよく、少なくとも一領域が切り欠かれて形成されてもよい。すなわち、同じ内部電極2130は、少なくとも一領域の厚さが不均一であるため他領域よりも薄く、若しくは厚く形成されてもよく、少なくとも一領域が切り欠かれて圧電層2120が露出されるように形成されてもよい。しかしながら、内部電極2130の少なくとも一領域の厚さが薄いか、或いは、少なくとも一領域が切り欠かれても全体的に接続された状態を維持するため、電気伝導性には全く問題が発生しない。また、異なる内部電極2130は、同じ領域において異なる厚さに形成されるか、或いは、異なる形状に形成されてもよい。すなわち、複数の内部電極2130のうち垂直方向に所定の長さ及び幅に相当する同じ領域の少なくとも一つの内部電極2130が他の内部電極2130とは異なる厚さに形成されてもよく、異なる形状に形成されてもよい。ここで、異なる形状は、凹んだ形状、上方に膨らんだ形状、窪んだ形状などを含む。また、内部電極2130は、X方向の長さ及びY方向の幅が圧電素子2100の長さ及び幅よりも小さく形成されてもよい。すなわち、内部電極2130は、圧電層2120の長さ及び幅よりも小さく形成されてもよい。例えば、内部電極2130は、圧電層2120の長さの10%〜97%の長さ及び10%〜97%の幅に形成されてもよい。更に、内部電極2130は、圧電層2120のそれぞれの面積に対して10%〜97%の面積を有するようにそれぞれ形成されてもよい。一方、圧電素子2100は、内部電極2130間の距離が全体の厚さに対して1/3〜1/30であってもよい。すなわち、内部電極2130間の圧電層2120のそれぞれの厚さは、圧電素子2100の全体の厚さの1/3〜1/30であってもよい。例えば、圧電素子2100の厚さが300μmである場合、内部電極2130間の距離、すなわち、圧電層2120のそれぞれの厚さは、10μm〜100μmであってもよい。内部電極2130間の距離、すなわち、圧電層2120の厚さに応じて駆動電圧が変更されてもよく、内部電極2130間の距離が近くなれば近くなるほど、駆動電圧は減少されてもよい。ところが、内部電極2130間の距離、すなわち、圧電層2120の厚さが圧電素子2100の全体の厚さの1/3を超える場合、駆動電圧が増加され、これに伴い、高い駆動電圧を生成するための高価な駆動ICが必要になってコストアップの原因となる場合がある。また、内部電極2130間の距離、すなわち、圧電層2120の厚さが圧電素子2100の全体の厚さの1/30未満であれば、工程上の厚さのバラツキの発生頻度が高く、これにより、圧電層2120の厚さがばらついて特性の低下の問題が発生する虞がある。
外部電極2140は、圧電層2120の駆動電圧を印加するために形成されてもよい。このために、外部電極2140は、積層体の少なくとも一方の表面に形成され、内部電極2130と接続されてもよい。例えば、外部電極2140は、X方向、すなわち、長手方向に積層体の対向する両面にそれぞれ形成されてもよい。もちろん、外部電極2140は、対向する両面と、これと隣り合う少なくとも片面に延設されてもよい。また、外部電極2140は、積層体を貫通して積層体の内部に形成されてもよい。このような外部電極2140は、印刷、蒸着、スパッタリング、めっきなどの方法を用いて形成してもよく、少なくとも一つの層を有するように形成されてもよい。例えば、外部電極2140は、積層体と接触される第1の層が導電性ペーストを用いた印刷方法により形成され、その上部に第2の層がめっき方法により形成されてもよい。更に、内部電極2130と接続される外部電極2140の少なくとも一部の領域は、内部電極2130と同じ材質の物質により形成されてもよい。例えば、内部電極2130が銅により形成され、積層体の表面に形成され、内部電極2130と接触される外部電極2140の第1の層が銅により形成されてもよい。
2.2.圧電素子の他の例
一方、圧電層2120としては、圧電物質により形成される配向原料組成物と、配向原料組成物内に分布され、ABO3(Aは、2価の金属元素、Bは、4価の金属元素)の一般式を有する酸化物により形成されるシード組成物と、を含む圧電セラミック組成物を焼結して得た圧電セラミック焼結体を用いてもよい。すなわち、圧電素子2100は、ベース2110と、ベース2110の少なくとも一方の面の上に形成された圧電層2120及び内部電極2130を備え、圧電層2120がシード組成物を含む圧電セラミック焼結体を備えていてもよい。ここで、配向原料組成物は、ペロブスカイト(perovskite)結晶構造を有する圧電物質により形成されてもよい。また、配向原料組成物としては、ペロブスカイト結晶構造とは異なる結晶構造を有する物質が固溶体を形成する組成物が使用可能であるが、例えば、正方品系構造を有するPbTiO3[PT]及び菱面体構造を有するPbZrO3[PZ]が固溶体を形成するPZT系物質が使用可能である。
一方、圧電層2120としては、圧電物質により形成される配向原料組成物と、配向原料組成物内に分布され、ABO3(Aは、2価の金属元素、Bは、4価の金属元素)の一般式を有する酸化物により形成されるシード組成物と、を含む圧電セラミック組成物を焼結して得た圧電セラミック焼結体を用いてもよい。すなわち、圧電素子2100は、ベース2110と、ベース2110の少なくとも一方の面の上に形成された圧電層2120及び内部電極2130を備え、圧電層2120がシード組成物を含む圧電セラミック焼結体を備えていてもよい。ここで、配向原料組成物は、ペロブスカイト(perovskite)結晶構造を有する圧電物質により形成されてもよい。また、配向原料組成物としては、ペロブスカイト結晶構造とは異なる結晶構造を有する物質が固溶体を形成する組成物が使用可能であるが、例えば、正方品系構造を有するPbTiO3[PT]及び菱面体構造を有するPbZrO3[PZ]が固溶体を形成するPZT系物質が使用可能である。
また、配向原料組成物は、PZT系物質にリラクサ(relaxor)としてPb(Ni,Nb)O3[PNN]、Pb(Zn,Nb)O3[PZN]及びPb(Mn,Nb)O3[PMN]のうちの少なくとも一種を固溶した組成物を用いてPZT系物質の特性を向上させてもよい。例えば、PZT系物質にPZN系物質及びPNN系物質を用いて高い圧電特性及び低い誘電率及び易焼結性を有するPZNN系物質をリラクサとして固溶して配向原料組成物を形成してもよい。PZT系物質にPZNN系物質をリラクサとして固溶した配向原料組成物は、(1−x)Pb(Zr0.47Ti0.53)O3−xPb((Ni1−yZny)1/3Nb2/3)O3の組成式を有してもよい。ここで、xは、0.1<x<0.5の範囲内の値を有してもよく、好ましくは、0.30≦x≦0.32の範囲内の値を有し、最も好ましくは、0.31の値を有する。なお、yは、0.1<y≦0.9の範囲内の値を有してもよく、好ましくは、0.39≦y≦0.41の範囲内の値を有し、最も好ましくは、0.40の値を有する。
圧電セラミック焼結体の場合、モルフォトロピック相境界(Morphotropic Phase Boundary:MPB)領域において圧電特性の急激な向上が現れるため、圧電特性の向上のためにモルフォトロピック相境界(MPB)近くの組成を見出さなければならない。シード組成物を添加して焼結する配向原料組成物の組成は、シード組成物が添加されなかったときとは異なる相を有し、シード組成物の添加量に応じて新たなモルフォトロピック相境界(MPB)組成を形成することにより、優れた圧電特性を導き出すことができる。このようなモルフォトロピック相境界(MPB)組成は、配向原料組成物のx値及びy値を変化させて調節可能であり、上述したように、xが0.31の値を有し、yが0.40の値を有する場合、最も高い圧電特性及び誘電特性を有するため、最も好ましい。
また、配向原料組成物としては、鉛(Pb)を含んでいない無鉛系圧電物質を用いてもよい。このような無鉛系圧電物質は、Bi0.5K0.5TiO3、Bi0.5Na0.5TiO3、K0.5Na0.5NbO3、KNbO3、NaNbO3、BaTiO3、(1−x)Bi0.5Na0.5TiO3−xSrTiO3、(1−x)Bi0.5Na0.5TiO3−xBaTiO3、(1−x)K0.5Na0.5NbO3−xBi0.5Na0.5TiO3、BaZr0.25Ti0.75O3などよりなる群から選ばれた少なくとも一つの圧電物質を含む無鉛系圧電物質であってもよい。
シード組成物は、ABO3の一般式を有する酸化物により形成されるが、ABO3は、配向性を有する板状のペロブスカイト構造を有する酸化物であり、Aは2価の金属元素からなり、Bは4価の金属元素からなる。ABO3の一般式を有する酸化物により形成されるシード組成物は、CaTiO3、BaTiO3、SrTiO3、PbTiO3及びPb(Ti,Zr)O3のうちの少なくともいずれか一種を含んでいてもよく、これらのうちBaTiO3をシード組成物として用いる場合、圧電性能を向上させることができる。シード組成物としてBaTiO3を用いる場合、BaTiO3はオーリビリウス(aurivillius)板状構造体であるBi4Ti3O12を塩溶融合成法を用いて合成し、トポ化学微結晶転換(TMC:Topochemical Microcrystal Conversion)法を用いて転換して製造してもよい。ここで、シード組成物は、配向原料組成物に対して1vol%〜10vol%の体積比で含まれてもよい。シード組成物が配向原料組成物に対して1vol%未満で含まれると、シード組成物により結晶配向性が向上する効果があまり得られず、シード組成物が配向原料組成物に対して10vol%を超えて含まれると、圧電セラミック焼結体の圧電性能が低下する。ここで、シード組成物が配向原料組成物に対して10vol%で含まれる場合、変位(strain)量が極大化され、最適な圧電特性が得られる。
上述したように、配向原料組成物及びシード組成物を含む圧電セラミック組成物は、テンプレート粒成長法(TGG:Templated Grain Growth)によりシード組成物と同じ方向性を有しながら成長する。すなわち、圧電セラミック焼結体は、例えば、0.69Pb(Zr0.47Ti0.53)O3−0.31Pb((Ni0.6Zn0.4)1/3Nb2/3)O3の組成式を有する配向原料組成物にBaTiO3をシード組成物として用いることにより、1000℃以下の低い温度においても焼結可能であるだけではなく、結晶配向性を向上させることができ、しかも、電場による変位量を極大化させることができて単結晶物質と類似の高い圧電特性を有することになる。すなわち、配向原料組成物に結晶配向性を向上させるシード組成物を添加し、これを焼結して圧電セラミック焼結体を製造することにより、電場による変位量を極大化させることができ、圧電特性を大幅に向上させることができる。
また、本発明の他の実施形態に係る圧電セラミック焼結体は、ロットゲーリング配向度(Lotgering factor)が85%以上の値を有してもよい。
図8の(a)は、ロットゲーリング配向度別の電場による変形率を示すグラフであり、図8の(b)は、ロットゲーリング配向度別の変形率の増加率を示す表である。なお、図9は、ロットゲーリング配向度による圧電定数(d33)を示すグラフである。
図8を参照すると、圧電セラミック焼結体は、ロットゲーリング配向度の値が高くなれば高くなるほど、変形率が増加することが分かる。すなわち、結晶配向が行われていない圧電セラミック焼結体(Normal)の場合、電場による変形率は0.165%の値を有する。このような圧電セラミック焼結体に対してテンプレート粒成長法を用いて結晶配向性を増加させる場合、63%のロットゲーリング配向度の値を有する圧電セラミック焼結体においては変形率が0.106%へと減少して約35.76%の減少率を示すが、ロットゲーリング配向度の値が75%、85%、90%の値に増加するにつれて、変形率も0.170%、0.190%、0.235%の値に増加することが分かる。
圧電セラミック焼結体のロットゲーリング配向度は、最大値である100%に対して85%以上の値を有する場合に電場による変形率の増加率が急激に上がる。すなわち、圧電セラミック焼結体のロットゲーリング配向度が75%から85%へと増加する場合、変形率の増加率は約12%の値を有するが、ロットゲーリング配向度が85%から90%へと増加する場合、変形率の増加率は約27%の値を有して、約4倍以上の増加率を示すことが分かる。
また、圧電セラミック焼結体は、ロットゲーリング配向度が85%以上の値を有する場合、圧電定数(d33)の値が急増する。圧電定数(d33)は、材料に圧力を加えたときに圧力の方向に発生した電荷の量を示すものであり、圧電定数(d33)の値が高くなれば高くなるほど、感度の良好な高精細な圧電素子を製造することができる。図9に示すように、圧電セラミック焼結体のロットゲーリング配向度が75%から85%へと増加する場合、圧電定数(d33)は345pC/Nから380pC/Nへと増加(約35pC/N増加)することが分かる。しかしながら、圧電セラミック焼結体のロットゲーリング配向度が85%から90%へと増加する場合、圧電定数(d333)は380pC/Nから430pC/Nへと増加(約50pC/N増加)して3倍以上の増加率を示す。このため、本発明の実施形態に係る圧電セラミック焼結体の場合、ペロブスカイト(perovskite)結晶構造を有する圧電物質により形成される配向原料組成物及び前記配向原料組成物内に分布され、ABO3(Aは、2価の金属元素、Bは、4価の金属元素)の一般式を有する酸化物により形成されるシード組成物を含む圧電セラミック組成物を用いて圧電セラミック焼結体を製造することにより、85%以上のロットゲーリング配向度(Lotgering factor)を有する圧電セラミック焼結体を製造し、向上した変形率及び高い感度を有する圧電素子を製造することが可能になる。
このような本発明に係るシード組成物入り圧電層の特性(実施例)をシード組成物無し圧電層の特性(比較例)と比較した。実施例のために、純度98%以上のPbO、ZrO2、TiO2、ZnO、NiO、Nb2O5粉末を用いて、0.69Pb(Zr0.47Ti0.53)O3−0.31Pb((Ni0.6Zn0.4)1/3Nb2/3)O3の配向原料組成物を合成した。また、オーリビリウス板状構造体であるBi4Ti3O12を塩溶融合成法を用いて合成し、トポ化学微結晶転換法を用いてBaTiO3シード組成物を合成した。このような配向原料組成物にシード組成物が10vol%で含まれるように混合し、射出及び成形して圧電試片を製造した。また、圧電試片を1分当たりに5℃で昇温して950℃において10時間かけて焼結工程を行った。これに対し、比較例は、シード組成物としてBaTiO3を添加しなかった以外は、実施例の方法と同様にして製造した。すなわち、比較例は、BaTiO3を投入せず、シード組成物のない圧電試片を製造した。
図10は、比較例及び実施例の圧電セラミック焼結体、すなわち、比較例の圧電試片(丸符号a)及び実施例の圧電試片(丸符号b)の表面のX線回折パターンをそれぞれ示すグラフである。このグラフにおける配向度はロットゲーリング配向度(Lotgering factor)の計算式により計算し、ロットゲーリング配向度を計算する計算式及び具体的な過程についての説明は省略する。図10に示すように、比較例の圧電試片(丸符号a)は、表面において全ての結晶方向に成長され、特に、(110)平面の法線方向に結晶が著しく成長したことがわかる。これに対し、実施例の圧電試片(丸符号b)は、表面において(001)平面の法線方向及び同じ方向を有する(002)平面の法線方向にしか結晶が成長されていないことが分かり、比較例の(110)平面の法線方向への結晶の成長は抑えられている。また、このグラフの高さはX線ピークの強度を示し、各X線ピークの強度から、実施例の圧電試片(丸符号b)の場合にロットゲーリング配向度が95.3%の値を有することが分かる。これにより、シード組成物入り圧電セラミック焼結体は、(001)方向に配向成長されて結晶配向性が著しく向上したことを確認することができる。
図11は、圧電セラミック焼結体の走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscop;SEM)で撮像された画像である。すなわち、図11の(a)は、比較例により製造された圧電試片の断面イメージであり、図11の(b)は、実施例により製造された圧電試片の断面イメージである。図11の(a)に示すように、シード組成物が添加されていない圧電セラミック焼結体の場合、粒子が六角形の形状に成長されていることが分かる。これは、結晶が多数の平面方向にそれぞれ成長される図10の結果とも一致する。これに対し、図11の(b)に示すように、シード組成物が添加されている圧電セラミック焼結体は、水平に位置するシード組成物(図11の(b)における黒色の領域)により四角形の形状に成長されて結晶配向性が向上したことを確認することができる。
また、図12は、圧電セラミック焼結体を圧電層として用いた圧電素子の断面イメージである。すなわち、図12の(a)は、比較例に係る圧電セラミック焼結体を圧電層として用いた圧電素子の断面イメージであり、図12の(b)は、実施例に係る圧電セラミック焼結体を圧電層として用いた圧電素子の断面イメージである。図12の(b)に示すように、 実施例に係る圧電セラミック焼結体を圧電層として用いた圧電素子は、シード組成物(図12の(b)における黒色の領域)が存在し、図12の(a)に示すように、比較例に係る圧電セラミック焼結体を圧電層として用いた圧電素子は、シード組成物が存在しないことが分かる。このとき、シードは少なくとも一方向に1μm〜20μmの長さに配向される。すなわち、シードが一つの方向及びこれとは異なる少なくとも一つの他の方向にそれぞれ約1μm〜20μm配向されてもよく、好ましくは、約6μm〜20μm配向される。
図13は、実施例及び比較例に係る圧電セラミック焼結体を圧電層として用いた圧電素子を備える圧電振動部材の最大の振動加速度を比較したグラフであり、これを[表1]に示す。なお、図14の(a)及び(b)は、比較例及び実施例に係る、110Vの電圧を印加したときの振動加速度における周波数を示す。
図13及び[表1]に示すように、シード組成物入り実施例の場合、シード組成物無し比較例の場合に比べて、同じ電圧において振動加速度を向上させることができる。すなわち、110Vを例に取ると、実施例は比較例に比べて約24%だけ振動加速度が増加される。このため、シード組成物入り圧電層を用いる場合、シード組成物無し圧電層を用いる場合に比べて圧電振動部材の振動力を増加させることができる。すなわち、同じ大きさを有する圧電振動部材においてシード組成物入り圧電層を用いると、振動力を更に増加させることができる。また、図13及び[表1]に示すように、実施例は、同じ振動加速度を有するための駆動電圧を低めることができる。すなわち、比較例は、100Vにおいて6.7Gの振動加速度を示すのに対し、実施例は、80Vにおいて6.5Gの振動加速度を示すので、同じ振動加速度を有するために実施例は比較例よりも小さな電圧を印加してもよい。また、図14に示すように、実施例の場合、周波数特性も向上させることができる。例えば、図14の(a)に示すように、比較例の場合、4Gの振動加速度において周波数が約245Hz〜280Hzであり、図14の(b)に示すように、実施例の場合、4Gの振動加速度において周波数が約230Hz〜280Hzである。このため、実施例の場合、比較例の場合よりも同じ振動加速度において周波数の範囲が更に広くなる。要するに、シード組成物入り圧電層を用いると、シード組成物無し圧電層の場合に比べて振動加速度を増加させることができ、これにより、振動力を向上させることができる。なお、駆動電圧を低めることができ、周波数範囲を広げることができる。
他の実施形態
図15及び図16は、本発明の第2の実施形態に係る圧電振動装置の分解斜視図及び分解断面図である。
図15及び図16は、本発明の第2の実施形態に係る圧電振動装置の分解斜視図及び分解断面図である。
図15及び図16を参照すると、本発明の第2の実施形態に係る圧電振動装置は、内部に所定の空間が設けられるように組み合わせられる下部及び上部ケース1100、1200と、下部及び上部ケース1100、1200間の内部空間に設けられて振動を発生させる圧電振動部材2000と、下部及び上部ケース1100、1200間の内部空間に設けられ、圧電振動部材2000の一部に結合されて圧電振動部材2000の振動を増幅させるウェイト部材3000と、圧電振動部材2000の少なくとも一領域に設けられてウェイト部材3000を固定するための固定部材4000と、外部の衝撃に起因する損傷及び破損を防ぐための少なくとも一つの緩衝部材5000と、を備えていてもよい。
緩衝部材5000は、外部の衝撃に起因する損傷及び破損を防ぐために設けられてもよく、下部ケース1100と上部ケース1200との間の内部空間に少なくとも一つ設けられてもよい。例えば、緩衝部材5000は、下部ケース1100と圧電振動部材2000との間に設けられた第1の緩衝部材5100と、圧電振動部材2000とウェイト部材3000との間に設けられた第2の緩衝部材5200と、ウェイト部材3000と上部ケース1200との間に設けられた第3の緩衝部材5300のうちの少なくともいずれか一つを備えていてもよい。すなわち、緩衝部材5000は、下部ケース1100と圧電振動部材2000との間、圧電振動部材2000とウェイト部材3000との間、及びウェイト部材3000と上部ケース1200との間などに設けられてもよい。ここで、第1の緩衝部材5100は、下部ケース1100の上に固定され、圧電振動部材2000から所定の間隔だけ離れていてもよく、第2の緩衝部材5200は、圧電振動部材2000の上に固定され、ウェイト部材3000から所定の間隔だけ離れていてもよく、第3の緩衝部材5300は、ウェイト部材3000の上に固定され、上部ケース1200から所定の間隔だけ離れていてもよい。もちろん、第1の緩衝部材5100は、下部ケース1100と対面する圧電振動部材2000の上に固定されてもよく、第2の緩衝部材5200は、ウェイト部材3000と対面する圧電振動部材2000の上に固定されてもよく、第3の緩衝部材5300は、ウェイト部材3000と対面する上部ケース1200の上に固定されてもよい。また、緩衝部材5000は、下部ケース1100の側面とウェイト部材3000との間及び/又は圧電振動部材2000との間に設けられてもよい。すなわち、ケースの内側面とウェイト部材3000との間及び/又は圧電振動部材2000との間に設けられた第4の緩衝部材(図示せず)を更に備えていてもよい。一方、第2及び第3の緩衝部材5200、5300は、それぞれ二以上に設けられてもよい。更に、第1の緩衝部材5100の大きさ、すなわち、長さ及び幅は、第2及び第3の緩衝部材5200、5300のそれぞれのそれよりも大きくてもよい。このような緩衝部材5000は、ゴム、フォロン、シリコンなどにより形成されてもよい。更にまた、緩衝部材5000は、所定の復元力又は弾性力を有するように設けられてもよい。このように緩衝部材5000が設けられることにより、圧電振動装置の内部に加えられる衝撃を緩和させることができ、これにより、たとえ外部の衝撃が生じた場合であっても圧電振動装置の内部構成の衝突を防ぐことができる。
一方、圧電振動装置の内部に加えられる衝撃に起因して圧電振動部材2000が破損される虞がある。すなわち、圧電素子2100と振動板2200とが結合された圧電振動部材2000は外部の衝撃に弱いため圧電素子2100と振動板2200とが分離される虞がある。このため、圧電振動部材2000の結合力を増大させて圧電振動部材2000の破損を防いでもよい。このための本発明の他の実施形態を図17及び図18に示す。
図17に示すように、振動板2200と圧電素子2100との間に結合部材6100が設けられてもよい。すなわち、長手方向(すなわち、X方向)に圧電素子2100の周縁の所定の幅を覆い、振動板2200の所定の幅を覆うように結合部材6100が形成されてもよい。例えば、圧電素子2100の両側の周縁からそれぞれ10%の長さ又は面積を覆い、振動板2200の上に圧電素子2100の上に形成された長さ又は面積と同一又は異なるように結合部材6100が形成されてもよい。このとき、結合部材6100が形成された長さ又は面積が大きければ、圧電素子2100及び振動板6200の振動の発生量が減る虞があり、 結合部材6100が形成された長さ又は面積が小さければ、衝撃の緩和効果があまり得られない虞があるため、両側の周縁からそれぞれ5%〜20%の長さ又は面積を有するように形成されてもよい。このような結合部材6100は、エポキシ、ゴムなどの材質により形成されてもよい。
また、図18に示すように、圧電素子2100の所定の領域及び振動板2200を取り囲むようにバンド状の結合部材6200が設けられてもよい。バンド状の結合部材6200は、シリコン、ゴム、プラスチックなどの材質により形成されてもよい。バンド状の結合部材6200を用いる場合、図17に示す結合部材6100よりも結合力を大幅に増大させることができて、結合部材6100よりも小さな領域に形成されながらも結合部材6100に等しいか又はそれよりも大きな結合効果を得ることができる。一方、結合部材6100、6200が形成され、緩衝部材5000が形成されなくてもよく、緩衝部材5000と、結合部材6100、6200がいずれも形成されてもよい。
上述したように、衝撃に弱い圧電振動部材2000の所定の領域に結合部材6100、6200を形成することにより、圧電振動部材2000の結合力を増大させ、これにより、衝撃に起因する圧電振動部材2000の破損を防ぐことができる。すなわち、衝撃に弱い圧電素子2100及び振動板2200を強固に結合するように結合部材6100、6200を形成することにより、衝撃に起因する圧電振動部材2000の破損を防ぐことができる。
一方、図19に示すように、圧電振動部材2000の所定の領域に補強部材7000が設けられてもよい。例えば、補強部材7000は、振動板2200と接触されていない圧電素子2100の他方の面の上に設けられてもよい。すなわち、圧電素子2100の一方の面は振動板2200と接触され、圧電素子2100の他方の面に補強部材7000が設けられてもよい。このような補強部材7000は、圧電素子2100の剛性を補うために設けられてもよい。このために、補強部材7000は、金属、ポリマー、炭素繊維などの材質により形成されてもよく、圧電素子2100の大きさに等しいか又はこれよりも小さく設けられてもよい。また、補強部材7000は、所定の厚さの板状に設けられてもよい。例えば、補強部材7000は、圧電素子2100の厚さと同一又は異なる厚さに設けられてもよい。もちろん、補強部材7000は、圧電素子2100の形状と同じ形状、すなわち、長方形の形状に設けられてもよく、正方形、ひし形、平行四辺形、長円などの様々な形状に設けられてもよい。また、補強部材7000は、圧電素子2100の他方の面の上における複数の領域に設けられてもよい。すなわち、補強部材7000は、圧電素子2100の所望の剛性を確保するために様々な材質により様々な形状及び大きさに設けられてもよい。なお、補強部材7000は、エポキシなどの接着剤を用いて貼着してもよく、テープなどを用いて取り付けてもよい。
図20は、本発明の様々な変形例を説明するための概略図であり、固定部材4000を用いたウェイト部材3000の様々な固定方法の変形例を説明するための概略図である。図20は、圧電振動部材2000、ウェイト部材3000、固定部材4000及び別途の追加固定物などを示す断面図である。
図20の(a)に示すように、固定部材4000は、圧電振動部材2000の側面からウェイト部材3000を取り囲むように形成され、ウェイト部材3000の上面に溶接により固定されてもよい。
図20の(b)に示すように、固定部材4000は、圧電振動部材2000の側面と接触されて固定され、上面には追加固定部材8000が設けられてもよい。追加固定部材8000は、ウェイト部材3000の上面及び側面を覆うように設けられてもよい。すなわち、固定部材4000がウェイト部材3000の側面と接触されるように形成され、ウェイト部材3000の上面及び固定部材4000の外面を取り囲むように追加固定部材8000が設けられてもよい。このとき、追加固定部材8000は、一方の側が開放され、これと対向する他方の側及びこれらの間の側面が閉鎖された略「コ」字状に形成されてウェイト部材3000を上面から覆ってもよい。
図20の(c)に示すように、追加固定部材8000がウェイト部材3000の上面及び側面を覆ってもよい。すなわち、圧電振動部材2000の側面から固定部材4000が設けられることなく、略「コ」字状の追加固定部材8000がウェイト部材3000の上面から下側を覆うように形成されてもよい。このため、追加固定部材8000は、ウェイト部材3000の上面及び側面を覆うように形成されてもよい。このとき、追加固定部材8000及び圧電振動部材2000間の接触領域が溶接されて追加固定部材8000と圧電振動部材2000とが係合してもよい。
図20の(d)に示すように、固定部材4000は、ウェイト部材3000の上面において重なり合うように形成されてもよい。すなわち、一つの固定部材4000は、ウェイト部材3000の一方の側面から上面を覆うように形成され、他の固定部材4000は、ウェイト部材3000の他方の側面から上面を覆うように形成される。このため、ウェイト部材3000の上面には一つの固定部材4000と他の固定部材4000とが重なり合うように形成されてもよい。もちろん、一つの固定部材がウェイト部材3000の一方の側面から上面及び他方の側面まで取り囲むように形成され、他の固定部材がウェイト部材3000の他方の側面から上面及び一方の側面まで取り囲むように形成されてもよく、これにより、上面及び少なくとも一方の側面において一つの固定部材及び他の固定部材が重なり合ってもよい。
図20の(e)に示すように、固定部材4000がウェイト部材3000の側面の一部の領域まで形成され、追加固定部材4000がウェイト部材3000の上面から側面の一部の領域まで形成されてもよい。このため、固定部材4000及び追加固定部材8000がウェイト部材3000の側面において接触され、接触面が溶接されて固定部材4000及び追加固定部材8000が係合されてもよい。
図21及び図22は、本発明の実施形態に係る圧電振動装置の電子機器への締着方式を説明するための概略断面図である。図21及び図22に示すように、電子機器の筐体9000に所定の空間が設けられ、空間内に圧電振動装置の少なくとも一部が嵌入してもよい。このとき、図21に示すように、上部ケース1200が内側に嵌入してもよく、図22に示すように、下部ケース1100が内側に嵌入してもよい。また、上部ケース1200の第1の延長部1220及び圧電振動部材2000の延長部2210間の係合領域が筐体9000に固定されてもよい。このとき、組立て後に振動による異音及び空間に対する公差を減らすために接着剤が設けられてもよく、シリコン製又は金属製のパッドが取り付けられてもよい。すなわち、圧電振動装置と筐体9000とが対面する領域に接着剤、シリコン製又は金属製のパッドなどが設けられてもよい。また、圧電振動装置は、上部ケース1200の第2の延長部1230及び圧電振動部材2000の延長板2210に形成された開口を介して締着部材により筐体9000に締着されてもよい。締着部材としては、ねじ又は係合用ピンなどが使用可能である。ねじ又は係合用ピンを用いて締着することにより、大きな振動や衝突に起因する衝撃又は高温の熱衝撃にも強固に固定可能である。このとき、ナット及びボルトを用いるとき、固定すべき部分の間に介装される環状の部品、すなわち、ワッシャーを用いて圧力を分散させてもよい。
もちろん、圧電振動装置は、電子機器に種々の方法により締着可能である。このとき、筐体9000には所定の空間が設けられてもよいが、空間が設けられることなく、圧電振動装置が筐体9000の表面に締着されもよい。例えば、図23に示すように、電子機器と接触されるケース1000の少なくとも一方の面に接着部材9100が塗布されて筐体9000と貼り合わせられてもよい。すなわち、図23の(a)に示すように、延長部、すなわち、上部ケース1200の第2の延長部1230と圧電振動部材2000の延長板2210とが係合された延長部(以下、ケースを基準として延長部の図面符号を1230で表記する)を除いて、ケース1000の一方の面に接着部材9100が塗布されて筐体9000に貼着されてもよい。また、図23の(b)に示すように、圧電振動装置の延長部1230がケース1000の垂直方向の一方の端部に設けられて延長部1230に接着部材9100が塗布されてもよい。このとき、圧電振動装置の延長部1230は、筐体9000と対向する方向に設けられ、延長部1230と筐体9000との間に接着部材9100が設けられてもよい。更に、図23の(c)に示すように、延長部1230がケース1000の垂直方向の中央部に形成され、延長部1230に接着部材9100が設けられてもよく、図23の(c)に示すように、延長部1230及びケース1000の一方の面に接着部材9100が設けられてもよい。ここで、接着部材9100としては、両面テープ、クッションテープ、エポキシボンド、シリコンボンド、シリコンパッドなどをはじめとするテープやボンド類が使用可能である。
また、圧電振動装置の延長部1230は、図24の(a)に示すように、ケース1000の垂直方向の中央部に設けられてもよく、図24の(b)に示すように、ケース1000の垂直方向の一方の端部に設けられてもよい。このように設けられた延長部1230の開口を介して締着部材が嵌入し、締着部材を用いて筐体9000に締着してもよい。ここで、延長部1230は、締着部材のヘッドよりも大きく設けられることが好ましい。また、延長部1230は、図25の(a)に示すように、圧電振動部材の長手方向の両端部に設けられてもよく、図25の(b)に示すように、長手方向と直交する幅方向に一つが上側の端部に設けられ、もう一つが下側の端部に設けられてもよい。更に、図25の(c)に示すように、延長部1230は、圧電振動部材の幅方向の中央部にそれぞれ設けられてもよい。このとき、延長部1230には少なくとも一つの開口1235が形成される。一方、図25の(d)に示すように、延長部1230にはガイド孔1236が更に形成されてもよい。ガイド孔は、圧電振動装置の締着位置を合わせるために用いられる。
本発明は、上述した実施形態に何等限定されるものではなく、異なる種々の形態に具体化可能である。すなわち、上記の実施形態は、本発明の開示を完全たるものにし、通常の知識を有する者に発明の範囲を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明の範囲は本願の特許請求の範囲により理解されるべきである。
1000:ケース
2000:圧電振動部材
3000:ウェイト部材
4000:固定部材
5000:緩衝部材
6000:結合部材
7000:補強部材
8000:追加固定部材
2000:圧電振動部材
3000:ウェイト部材
4000:固定部材
5000:緩衝部材
6000:結合部材
7000:補強部材
8000:追加固定部材
Claims (20)
- 内部に所定の空間が設けられたケースと、
前記ケースの内部に設けられ、印加される電圧により振動し、圧電素子を有する圧電振動部材と、
前記ケースの内部に設けられ、前記圧電振動部材の一部と接触されて設けられるウェイト部材と、
前記圧電振動部材の一領域に設けられて、前記ウェイト部材を接触固定する少なくとも一つの固定部材と、
を備える圧電振動装置。 - 前記圧電素子は、ベースと、前記ベースの少なくとも一方の面の上に形成された複数の圧電層と、前記複数の圧電層の間に形成された複数の内部電極と、前記複数の内部電極と接続されるように外部に設けられた外部電極と、を備える請求項1に記載の圧電振動装置。
- 前記ベースの厚さは、前記圧電素子の厚さの1/3〜1/150である請求項2に記載の圧電振動装置。
- 前記圧電層の厚さは、前記ベース又は内部電極の厚さに等しいかそれよりも大きい請求項2に記載の圧電振動装置。
- 前記圧電層のそれぞれの厚さは、前記圧電素子の厚さの1/3〜1/30である請求項2に記載の圧電振動装置。
- 前記圧電層は、少なくとも一つの気孔を有する請求項2に記載の圧電振動装置。
- 前記内部電極は、少なくとも一領域の厚さが異なる請求項2に記載の圧電振動装置。
- 前記内部電極は、前記圧電層の面積の10%〜97%の面積を有する請求項2に記載の圧電振動装置。
- 前記圧電層は、シード組成物を含む請求項2に記載の圧電振動装置。
- 前記圧電層は、ペロブスカイト結晶構造を有する圧電物質により形成される配向原料組成物と、前記配向原料組成物内に分布され、ABO3(Aは、2価の金属元素、Bは、4価の金属元素)の一般式を有する酸化物により形成されるシード組成物と、を含む請求項2に記載の圧電振動装置。
- 前記シード組成物は、少なくとも一方向に1μm〜20μmの長さに配向された請求項9又は請求項10に記載の圧電振動装置。
- 前記固定部材は、前記圧電振動部材の側面から前記ウェイト部材の側面及び上面を取り囲むように設けられた請求項1に記載の圧電振動装置。
- 前記ウェイト部材の側面及び上面に形成されて前記固定部材を収容する収容溝を更に備える請求項12に記載の圧電振動装置。
- 前記固定部材は、前記ウェイト部材の長さの5%〜50%の幅に形成された請求項1に記載の圧電振動装置。
- 前記ウェイト部材の上に設けられて前記ウェイト部材を追加固定する追加固定部材と、前記圧電素子と結合された振動板を有する前記圧電振動部材の圧電素子の周縁と前記振動板とを結合するように設けられた結合部材と、前記振動板と接触されていない圧電素子の他方の面の上に設けられた補強部材と、のうちの少なくともいずれか一つを更に備える請求項1に記載の圧電振動装置。
- 前記ケースの内部に設けられた少なくとも一つの緩衝部材を更に備える請求項1乃至請求項10、請求項12乃至請求項15のうちのいずれか一項に記載の圧電振動装置。
- 前記緩衝部材は、下部ケースと前記圧電振動部材との間に設けられた第1の緩衝部材と、前記圧電振動部材と前記ウェイト部材との間に設けられた第2の緩衝部材と、前記ウェイト部材と上部ケースとの間に設けられた第3の緩衝部材と、前記ケースの内側面と前記ウェイト部材の側面との間に設けられた第4の緩衝部材と、のうちの少なくともいずれか一つを備える請求項16に記載の圧電振動装置。
- 筐体又はパネルと接触されるように少なくとも一つの圧電振動装置が設けられた電子機器であって、
請求項1乃至請求項10、請求項12乃至請求項15のうちのいずれか一項に記載の圧電振動装置を備える電子機器。 - 前記圧電振動装置のケースの内部に設けられた少なくとも一つの緩衝部材を更に備える請求項16に記載の電子機器。
- 前記圧電振動装置は、両面テープ、フォームテープ、シリコンパッド、ねじ及び係合用ピンのうちのいずれか一つ以上により締着される請求項18に記載の電子機器。
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