JP2022184332A - 振動デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】与えられる駆動信号に応じた所望の振動を実現する振動デバイスを提供する。【解決手段】振動デバイスＶＤ１は、圧電素子１０と、圧電素子１０が接合されている主面２０ａを有し、圧電素子１０の伸縮に伴って振動する振動板２０と、を備えている。圧電素子１０は、主面２０ａに直交する方向から見て、主面２０ａの外周縁２２の内側に位置している。振動板２０は、当該振動板２０の振動に伴って生じる振動板２０での応力集中を緩和する応力緩和部５０を有している。【選択図】図１

Description

本発明は、振動デバイスに関する。

圧電素子と、圧電素子が接合されている主面を有し圧電素子の伸縮に伴って振動する振動板と、を備えている振動デバイスが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特許第５９０８９９４号公報

振動デバイスでは、圧電素子は、与えられる駆動信号に応じて伸縮する。圧電素子の伸縮に伴い、振動板は繰り返して撓む。振動板が撓む際に、すなわち、振動板の物理的な変形が起こる際に、振動板に応力が集中する箇所が存在することがある。以下、応力が集中する箇所は、「応力集中箇所」と称されることがある。応力集中箇所が振動板に存在する場合、振動板の振動に歪み成分が重畳されるおそれがある。歪み成分が振動板の振動に重畳される場合、振動デバイスは、与えられる駆動信号に応じた所望の振動を実現し難い。

本発明の一つの態様は、与えられる駆動信号に応じた所望の振動を実現する振動デバイスを提供することを目的とする。

一つの態様に係る振動デバイスは、圧電素子と、圧電素子が接合されている主面を有し、圧電素子の伸縮に伴って振動する振動板と、を備えている。圧電素子は、主面に直交する方向から見て、主面の外周縁の内側に位置している。振動板は、当該振動板の振動に伴って生じる振動板での応力集中を緩和する応力緩和部を有している。

上記一つの態様では、振動板は、応力緩和部を有しており、振動板での応力集中が緩和される。応力集中が緩和される結果、振動板の振動に重畳される歪み成分が抑制される。上記一つの態様は、与えられる駆動信号に応じた所望の振動を実現する。

上記一つの態様では、応力緩和部は、振動板を貫通する貫通孔、又は、主面に形成される窪みで構成されていてもよい。この場合、貫通孔又は窪みによって、振動板の振動に重畳される歪み成分が確実に抑制される。

上記一つの態様では、応力緩和部を構成している貫通孔又は窪みは、主面に直交する方向から見て、湾曲した開口縁を含んでいてもよい。この場合、振動板の振動に重畳される歪み成分がより確実に抑制される。

上記一つの態様では、応力緩和部は、主面に直交する方向から見て、圧電素子の外周縁の少なくとも一部と重なるように位置していてもよい。
振動板の、圧電素子の外周縁に対応する部分に、応力が集中するおそれがある、すなわち、当該部分が応力集中箇所となるおそれがある。したがって、応力緩和部が、上述したように位置している場合、振動板での応力集中が確実に緩和される。

上記一つの態様では、圧電素子は、角部を有していてもよい。応力緩和部は、主面に直交する方向から見て、角部と重なるように位置していてもよい。
振動板の、圧電素子の角部に対応する部分に、応力が集中するおそれがある、すなわち、当該部分が応力集中箇所となるおそれがある。したがって、応力緩和部が、上述したように位置している場合、振動板での応力集中がより一層確実に緩和される。

上記一つの態様では、応力緩和部は、主面に直交する方向から見て、圧電素子の中央領域と重なるように位置していてもよい。
振動板の、圧電素子の中央領域に対応する部分に、応力が集中するおそれがある、すなわち、当該部分が応力集中箇所となるおそれがある。したがって、応力緩和部が、上述したように位置している場合、振動板での応力集中が確実に緩和される。

本発明の一つの態様は、与えられる駆動信号に応じた所望の振動を実現する振動デバイスを提供する。

図１は、一実施形態に係る振動デバイスを示す斜視図である。 図２は、本実施形態に係る振動デバイスを示す平面図である。 図３は、振動板の断面構成を示す図である。 図４は、振動板の断面構成を示す図である。 図５は、圧電素子の断面構成を示す図である。 図６は、駆動信号の周波数と、振動板の振動に重畳する歪み成分との関係を示す線図である。 図７は、実施形態の変形例に係る振動デバイスを示す斜視図である。 図８は、実施形態の変形例に係る振動デバイスを示す平面図である。

添付図面を参照して、本発明の実施形態及び変形例について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図１～図５を参照しながら、振動デバイスＶＤ１の構成を説明する。図１は、一実施形態に係る振動デバイスを示す斜視図である。図２は、本実施形態に係る振動デバイスを示す平面図である。図３及び図４は、振動板の断面構成を示す図である。図５は、圧電素子の断面構成を示す図である。図２では、応力緩和部を見やすくするために、外部電極及び配線部材の図示が省略されている。

図１及び図２に示されるように、振動デバイスＶＤ１は、圧電素子１０と振動板２０とを備えている。圧電素子１０は、振動板２０に配置されている。本実施形態では、圧電素子１０は、直方体形状を呈している。第一方向Ｄ１から見て、圧電素子１０は、矩形状を呈している。本明細書での「直方体形状」は、角部及び稜線部が面取りされている直方体の形状、及び、角部及び稜線部が丸められている直方体の形状を含む。本明細書での「矩形状」は、たとえば、各角が面取りされている形状、及び、各角が丸められている形状を含む。圧電素子１０は、ユニモルフ型又はバイモルフ型の積層型圧電素子である。

圧電素子１０は、第一方向Ｄ１で互いに対向している一対の主面１０ａ，１０ｂを有している。圧電素子１０は、主面１０ｂを画成する四つの辺１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆを有している。四つの辺１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆは、主面１０ｂの外周縁を構成している。本実施形態では、主面１０ｂの外周縁が、第一方向Ｄ１から見た圧電素子１０の外周縁１０ｋに一致している。辺１０ｃ，１０ｄは、第二方向Ｄ２で互いに対向している。第二方向Ｄ２は、第一方向Ｄ１と交差している。第二方向Ｄ２は、第一方向Ｄ１と直交していてもよい。辺１０ｅ，１０ｆは、第三方向Ｄ３で互いに対向している。第三方向Ｄ３は、第一方向Ｄ１及び第二方向Ｄ２と交差している。第三方向Ｄ３は、第一方向Ｄ１及び第二方向Ｄ２と直交していてもよい。辺１０ｃ，１０ｄは、辺１０ｅ，１０ｆを連結するように第三方向Ｄ３に延在している。辺１０ｅ，１０ｆは、辺１０ｃ，１０ｄを連結するように第二方向Ｄ２に延在している。

圧電素子１０は、四つの角部１０ｇ，１０ｈ，１０ｉ，１０ｊを有している。四つの角部１０ｇ，１０ｈ，１０ｉ，１０ｊは、第一方向Ｄ１から見て、主面１０ｂを画成している。角部１０ｇは、辺１０ｃと辺１０ｅとによって形成されている。角部１０ｈは、辺１０ｃと辺１０ｆとによって形成されている。角部１０ｉは、辺１０ｄと辺１０ｅとによって形成されている。角部１０ｊは、辺１０ｄと辺１０ｆとによって形成されている。角部１０ｇと角部１０ｈとは、第三方向Ｄ３で隣り合っている。角部１０ｇと角部１０ｉとは、第二方向Ｄ２で隣り合っている。角部１０ｊと角部１０ｉとは、第三方向Ｄ３で隣り合っている。角部１０ｊと角部１０ｈとは、第二方向Ｄ２で隣り合っている。

本実施形態では、圧電素子１０は、第二方向Ｄ２が長辺方向である長方形状を呈している。圧電素子１０の第二方向Ｄ２での長さは、たとえば、約６６ｍｍである。圧電素子１０の第三方向Ｄ３での長さは、たとえば、約３０ｍｍである。圧電素子１０の第一方向Ｄ１での長さ、すなわち、圧電素子１０の厚みは、たとえば、約０．７ｍｍである。

図５に示されるように、圧電素子１０は、素体１１と、二つの外部電極１２，１３と、を有している。素体１１は、第一方向Ｄ１で互いに対向している一対の主面１１ａ，１１ｂ、第二方向Ｄ２で互いに対向している一対の側面１１ｃ、及び、第三方向Ｄ３で互いに対向している一対の側面１１ｅを有している。主面１１ａ，１１ｂは、それぞれ、圧電素子１０の主面１０ａ，１０ｂに対応している。

主面１１ａ，１１ｂは、四つの辺を有している。主面１１ａ，１１ｂは、矩形状を呈している。本実施形態では、主面１１ａ，１１ｂは、第二方向Ｄ２が長辺方向である長方形状を呈している。主面１１ａ，１１ｂは、一対の長辺と一対の短辺とを有している。主面１１ａ，１１ｂは、正方形状を呈していてもよい。

一対の側面１１ｃは、主面１１ａ，１１ｂを連結するように第一方向Ｄ１に延在している。一対の側面１１ｃは、第三方向Ｄ３にも延在している。一対の側面１１ｅは、主面１１ａ，１１ｂを連結するように第一方向Ｄ１に延在している。一対の側面１１ｅは、第二方向Ｄ２にも延在している。主面１１ａ，１１ｂと側面１１ｃ，１１ｅとは、間接的に隣り合っていてもよい。この場合、主面１１ａ，１１ｂと側面１１ｃ，１１ｅとの間には、稜部が位置する。

素体１１は、複数の圧電体層を有している。本実施形態では、素体１１は、６層の圧電体層１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆを有している。圧電体層１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆは、第一方向Ｄ１に積層されている。圧電体層１５ａは、主面１１ａを有している。圧電体層１５ｆは、主面１１ｂを有している。圧電体層１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅは、圧電体層１５ａと圧電体層１５ｆとの間に位置している。本実施形態では、圧電体層１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆの厚みは、互いに同等である。本明細書での「同等」は、必ずしも、値が一致していることだけを意味するのではない。予め設定した範囲での微差、製造誤差、又は測定誤差が含まれている場合でも、形状が同等であるとしてもよい。

圧電体層１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆは、圧電材料からなる。本実施形態では、圧電体層１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆは、圧電セラミック材料からなる。圧電セラミック材料は、たとえば、ＰＺＴ［Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ_３］、ＰＴ（ＰｂＴｉＯ_３）、ＰＬＺＴ［（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ_３］、又はチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）を含む。圧電体層１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆは、たとえば、上述した圧電セラミック材料を含むセラミックグリーンシートの焼結体から構成される。実際の素体１１では、圧電体層１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆは、圧電体層１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆの間の境界が認識できない程度に一体化されている。

外部電極１２，１３は、主面１１ａ上に配置されている。外部電極１２，１３は、たとえば、第二方向Ｄ２に並んでいる。外部電極１２，１３は、第一方向Ｄ１から見て、主面１１ａの全ての縁（四辺）から離間している。外部電極１２，１３は、第一方向Ｄ１から見て、たとえば、矩形状を呈している。本実施形態では、外部電極１２，１３は、長方形状の各角が丸められている形状を呈している。外部電極１２，１３は、第一方向Ｄ１から見て、互いに同形状を呈している。第一方向Ｄ１から見て、外部電極１２，１３の長辺方向は、たとえば、第二方向Ｄ２と一致し、外部電極１２，１３の短辺方向は、第三方向Ｄ３と一致している。外部電極１２，１３は、導電性材料からなる。導電性材料には、たとえば、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、又はＡｇ－Ｐｄ合金が用いられる。外部電極１２，１３は、たとえば、上記導電性材料を含む導電性ペーストの焼結体として構成されている。

圧電素子１０は、素体１１内に配置されている複数の内部電極を備えている。本実施形態では、圧電素子１０は、５層の内部電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅを有している。内部電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅは、導電性材料からなる。導電性材料には、たとえば、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、又はＡｇ－Ｐｄ合金が用いられる。内部電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅは、たとえば、上記導電性材料を含む導電性ペーストの焼結体として構成されている。

内部電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅの外形形状は、第一方向Ｄ１から見て、たとえば、矩形状を呈している。本実施形態では、内部電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅの外形形状は、長方形状を呈している。内部電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅの長辺方向は、たとえば、第二方向Ｄ２である。第一方向Ｄ１から見て、内部電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅの四つの角は、各角が丸められている形状を含んでいる。

内部電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅは、第一方向Ｄ１において異なる位置（層）に配置されている。内部電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅの各々は、互いに、第一方向Ｄ１に間隔を有して対向している。内部電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅは、素体１１の表面には露出していない。すなわち、内部電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅは、側面１１ｃ，１１ｅには露出していない。内部電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅは、第二方向Ｄ２及び第三方向Ｄ３から見て、主面１１ａ，１１ｂの全ての縁（四辺）から離間している。

内部電極１６ａは、圧電体層１５ａと圧電体層１５ｂとの間に位置している。内部電極１６ｂは、圧電体層１５ｂと圧電体層１５ｃとの間に位置している。内部電極１６ｃは、圧電体層１５ｃと圧電体層１５ｄとの間に位置している。内部電極１６ｄは、圧電体層１５ｄと圧電体層１５ｅとの間に位置している。内部電極１６ｅは、圧電体層１５ｅと圧電体層１５ｆとの間に位置している。

外部電極１２は、内部電極１６ｄと複数の接続導体１７ａとにビア導体１８ａを通して電気的に接続されている。複数の接続導体１７ａは、それぞれ、内部電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｅと同じ層に位置している。各接続導体１７ａは、各内部電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｅに形成された開口内に位置している。各開口は、第一方向Ｄ１から見て、外部電極１２に対応する位置に形成されている。各接続導体１７ａは、第一方向Ｄ１から見て、各内部電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｅに囲まれている。各接続導体１７ａは、各内部電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｅと離間している。

各接続導体１７ａは、第一方向Ｄ１で外部電極１２と対向しており、第一方向Ｄ１から見て、外部電極１２と重なる位置に配置されている。各接続導体１７ａは、第一方向Ｄ１で内部電極１６ｄと対向しており、第一方向Ｄ１から見て、内部電極１６ｄと重なる位置に配置されている。ビア導体１８ａは、外部電極１２と内部電極１６ｄと複数の接続導体１７ａとの間に位置しており、第一方向Ｄ１から見て、外部電極１２と重なる位置に配置されている。ビア導体１８ａは、第一方向Ｄ１で、対応する圧電体層１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅを貫通している。

外部電極１２は、内部電極１６ｂと複数の接続導体１７ｂとにビア導体１８ｂを通して電気的に接続されている。複数の接続導体１７ｂは、それぞれ、内部電極１６ａ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅと同じ層に位置している。各接続導体１７ｂは、各内部電極１６ａ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅに形成された開口内に位置している。各開口は、第一方向Ｄ１から見て、外部電極１２に対応する位置に形成されている。各接続導体１７ｂは、第一方向Ｄ１から見て、各内部電極１６ａ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅに囲まれている。各接続導体１７ｂは、各内部電極１６ａ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅと離間している。各接続導体１７ｂは、各接続導体１７ａと離間している。

各接続導体１７ｂは、第一方向Ｄ１で外部電極１２と対向しており、第一方向Ｄ１から見て、外部電極１２と重なる位置に配置されている。各接続導体１７ｂは、第一方向Ｄ１で内部電極１６ｂと対向しており、第一方向Ｄ１から見て、内部電極１６ｂと重なる位置に配置されている。ビア導体１８ｂは、外部電極１２と内部電極１６ｂと複数の接続導体１７ｂとの間に位置しており、第一方向Ｄ１から見て、外部電極１２と重なる位置に配置されている。ビア導体１８ｂは、第一方向Ｄ１で、対応する圧電体層１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅを貫通している。

外部電極１３は、内部電極１６ａと内部電極１６ｃと内部電極１６ｅと複数の接続導体１７ｃとに、ビア導体１８ｃを通して電気的に接続されている。複数の接続導体１７ｃは、それぞれ、内部電極１６ｂ，１６ｄと同じ層に位置している。各接続導体１７ｃは、各内部電極１６ｂ，１６ｄに形成された開口内に位置している。各開口は、第一方向Ｄ１から見て、外部電極１３に対応する位置に形成されている。各接続導体１７ｃの全縁は、第一方向Ｄ１から見て、各内部電極１６ｂ，１６ｄに囲まれている。各開口は、第一方向Ｄ１から見て、外部電極１３に対応する位置に形成されている。

各接続導体１７ｃは、第一方向Ｄ１で外部電極１３と対向しており、第一方向Ｄ１から見て、外部電極１３と重なる位置に配置されている。各接続導体１７ｃは、第一方向Ｄ１において内部電極１６ａ，１６ｃ，１６ｅと対向しており、第一方向Ｄ１から見て、内部電極１６ａ，１６ｃ，１６ｅと重なる位置に配置されている。ビア導体１８ｃは、外部電極１３と内部電極１６ａと内部電極１６ｃと内部電極１６ｅと複数の接続導体１７ｃとの間に位置しており、第一方向Ｄ１から見て、外部電極１３と重なる位置に配置されている。ビア導体１８ｃは、第一方向Ｄ１で、対応する圧電体層１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅを貫通している。各接続導体１７ａ，１７ｂ，１７ｃは、第一方向Ｄ１から見て、矩形状を呈している。各接続導体１７ａ，１７ｂ，１７ｃの各角は、各角が丸められている形状を含んでいる。

接続導体１７ａ，１７ｂ，１７ｃ及びビア導体１８ａ，１８ｂ，１８ｃは、導電性材料からなる。導電性材料には、たとえば、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、又はＡｇ－Ｐｄ合金が用いられる。接続導体１７ａ，１７ｂ，１７ｃ及びビア導体１８ａ，１８ｂ，１８ｃは、たとえば、上記導電性材料を含む導電性ペーストの焼結体として構成されている。ビア導体１８ａ，１８ｂ，１８ｃは、対応する圧電体層１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅを形成するためのセラミックグリーンシートに形成された貫通孔に充填された導電性ペーストが焼結することにより形成される。

素体１１の主面１１ｂには、内部電極１６ａ，１６ｃ，１６ｅと電気的に接続されている導体と、内部電極１６ｂと電気的に接続されている導体と、内部電極１６ｄと電気的に接続されている導体は、配置されていない。本実施形態では、第一方向Ｄ１から見て、主面１１ｂの全体が露出している。

素体１１の側面１１ｃ，１１ｅにも、内部電極１６ａ，１６ｃ，１６ｅと電気的に接続されている導体と、内部電極１６ｂと電気的に接続されている導体と、内部電極１６ｄと電気的に接続されている導体は、配置されていない。本実施形態では、第二方向Ｄ２から見て、一対の側面１１ｃの全体が露出している。第三方向Ｄ３から見て、一対の側面１１ｅの全体が露出している。

素体１１では、圧電体層１５ｂにおける内部電極１６ａと内部電極１６ｂとで挟まれた領域と、圧電体層１５ｃにおける内部電極１６ｂと内部電極１６ｃとで挟まれた領域と、圧電体層１５ｄにおける内部電極１６ｃと内部電極１６ｄとで挟まれた領域と、圧電体層１５ｅにおける内部電極１６ｄと内部電極１６ｅとで挟まれた領域とは、圧電的に活性な活性領域を構成する。すなわち、素体１１では、内部電極１６ａと内部電極１６ｂとの間、内部電極１６ｂと内部電極１６ｃとの間、内部電極１６ｃと内部電極１６ｄとの間、及び内部電極１６ｄと内部電極１６ｅとの間に、活性領域が形成される。第一方向Ｄ１から見て、内部電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅの外縁が、活性領域と、圧電効果的に不活性な不活性領域との境界を成している。

本実施形態では、活性領域は、第一方向Ｄ１から見て、複数の外部電極１２，１３を囲むように位置している。したがって、第一方向Ｄ１から見て、外部電極１２，１３が配置されている領域は、不活性領域である。第一方向Ｄ１から見て、素体１１は、外部電極１２と外部電極１３との間に位置している領域に、活性領域を含んでいる。第一方向Ｄ１から見て、素体１１は、外部電極１２と外部電極１３とが位置している領域の外側にも、活性領域を含んでいる。

図１に示されるように、振動デバイスＶＤ１は、配線部材３０を備えており、外部電極１２，１３は、配線部材３０と電気的に接続される。配線部材３０を通して、外部電極１２，１３に駆動信号が与えられる。駆動信号は、たとえば、電圧信号を含む。外部電極１２，１３は、圧電素子１０の主面１０ａ側に配置されている。配線部材３０は、たとえば、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）又はフレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）からなる。本実施形態では、外部電極１２，１３と配線部材３０との接続部分は、振動板２０に接触していない。

振動板２０は、圧電素子１０の伸縮に伴って振動する。圧電素子１０の伸縮に伴い、振動板２０は、繰り返して撓む。本実施形態では、振動板２０は、直方体形状を呈している。振動板２０は、第一方向Ｄ１から見て、たとえば、矩形状を呈している。振動板２０は、第一方向Ｄ１で互いに対向している一対の主面２０ａ，２０ｂを有している。圧電素子１０は、主面２０ａに接合されている。本実施形態では、圧電素子１０の主面１０ｂが、主面２０ａに接合されている。主面２０ａに直交する方向が、第一方向Ｄ１である。

振動板２０は、第二方向Ｄ２で互いに対向している一対の側面２０ｃを有している。一対の側面２０ｃは、主面２０ａ，２０ｂを連結するように第一方向Ｄ１に延在している。一対の側面２０ｃは、第三方向Ｄ３にも延在している。振動板２０は、第三方向Ｄ３で互いに対向している一対の側面２０ｅを有している。一対の側面２０ｅは、主面２０ａ，２０ｂを連結するように第一方向Ｄ１に延在している。一対の側面２０ｅは、第二方向Ｄ２にも延在している。主面２０ａ，２０ｂと側面２０ｃ，２０ｅとは、互いに間接的に隣り合っていてもよい。この場合、主面２０ａ，２０ｂと側面２０ｃ，２０ｅとの間には、稜部が位置する。

第一方向Ｄ１から見て、振動板２０が長方形状を呈する場合、振動板２０の長辺の長さは、たとえば、約１３２ｍｍである。振動板２０の長辺は、第二方向Ｄ２に沿っている。振動板２０の短辺の長さは、たとえば、約６０ｍｍである。振動板２０の短辺は、第三方向Ｄ３に沿っている。第一方向Ｄ１から見て、振動板２０が正方形状を呈する場合、振動板２０の一辺の長さは、たとえば、約１１０ｍｍである。振動板２０が長方形状及び正方形状のいずれの形状を呈する場合にも、振動板２０の第一方向Ｄ１での長さ、すなわち、振動板２０の厚みは、たとえば、約０．２ｍｍである。振動板２０は、圧電素子１０の伸縮に伴って振動する材料からなる。振動板２０は、たとえば、ガラス、樹脂、金属からなる。金属は、たとえば、Ｎｉ－Ｆｅ合金又はステンレス鋼である。

振動デバイスＶＤ１は、一対の枠体４０を備えている。一対の枠体４０は、第一方向Ｄ１で振動板２０を挟んでいる。各枠体４０は、第一方向Ｄ１から見て、振動板２０の周囲を覆うように配置されている。一対の枠体４０は、振動板２０の主面２０ａ，２０ｂ上に配置されている。一方の枠体４０は、たとえば、主面２０ａ上に配置され、他方の枠体４０は、主面２０ｂ上に配置されている。本実施形態では、各枠体４０は、振動板２０の側面２０ｃ，２０ｅを覆っていない。側面２０ｃ，２０ｅは、振動デバイスＶＤ１の外部に露出している。各枠体４０は、たとえば、ガラス、樹脂、又は金属からなる。

圧電素子１０は、第一方向Ｄ１から見て、振動板２０の外周縁２２の内側に位置している。第一方向Ｄ１から見て、外周縁２２は、一対の側面２０ｃと一対の側面２０ｅとによって画成されている。圧電素子１０は、第一方向Ｄ１から見て、振動板２０の中央領域に配置されている。本実施形態では、圧電素子１０は、第一方向Ｄ１から見て、振動板２０の周辺領域には配置されていない。圧電素子１０が配置されている場所は、第一方向Ｄ１から見て、枠体４０の内側でもある。第一方向Ｄ１から見て、枠体４０は、振動板２０の周辺領域に配置されており、振動板２０の中央領域には配置されていない。

図１～図４に示されるように、振動板２０は、応力緩和部５０を有している。本実施形態では、振動板２０は、複数の応力緩和部５０を有している。応力緩和部５０は、振動板２０の振動に伴って生じる振動板２０での応力集中を緩和する。本実施形態では、各応力緩和部５０は、図３に示されるように、振動板２０を貫通する貫通孔５０ａで構成されている。この場合、応力緩和部５０は、第一方向Ｄ１で振動板２０を貫通している。貫通孔５０ａは、主面２０ａから主面２０ｂまで達している。貫通孔５０ａは、第一方向Ｄ１から見て、湾曲した開口縁５１を含んでいる。本実施形態では、応力緩和部５０を構成する貫通孔５０ａは、第一方向Ｄ１から見て、たとえば、円形状又は楕円形状を呈している。開口縁５１は、直線部分と曲線部分とを含んでいてもよい。

各応力緩和部５０は、図４に示されるように、主面２０ａに形成される窪み５０ｂで構成されていてもよい。応力緩和部５０が窪み５０ｂで構成される場合、応力緩和部５０は、たとえば、主面２０ａ上に形成される。窪み５０ｂは、主面２０ｂに達していない。窪み５０ｂも、上述した貫通孔５０ａと同様に、第一方向Ｄ１から見て、湾曲した開口縁５１を含んでいてもよい。窪み５０ｂは、第一方向Ｄ１から見て、たとえば、円形状又は楕円形状を呈していてもよい。窪み５０ｂの開口縁５１も、上述した貫通孔５０ａと同様に、直線部分と曲線部分とを含んでいてもよい。振動板２０が複数の応力緩和部５０を有している場合、複数の応力緩和部５０は、貫通孔５０ａにより構成される応力緩和部５０と、窪み５０ｂにより構成される応力緩和部５０と、を含んでいてもよい。

応力緩和部５０は、振動板２０における応力集中箇所に位置する。たとえば、振動板２０における以下の部分に、応力が集中するおそれがある。
振動板２０の、圧電素子１０の外周縁１０ｋに対応する部分が、応力集中箇所となるおそれがある。振動板２０が、圧電素子１０の伸縮に伴って撓む際に、圧電素子１０の外周縁１０ｋから振動板２０に力が作用する傾向がある。したがって、振動板２０の、圧電素子１０の外周縁１０ｋに対応する部分に、応力が集中するおそれがある。
振動板２０の、圧電素子１０の角部１０ｇ，１０ｈ，１０ｉ，１０ｊに対応する部分が、応力集中箇所となるおそれがある。振動板２０が、圧電素子１０の伸縮に伴って撓む際に、圧電素子１０の角部１０ｇ，１０ｈ，１０ｉ，１０ｊから振動板２０に力が一層作用する傾向がある。したがって、振動板２０の、圧電素子１０の角部１０ｇ，１０ｈ，１０ｉ，１０ｊに対応する部分に、応力が集中するおそれがある。
振動板２０の、圧電素子１０の中央領域に対応する部分が、応力集中箇所となるおそれがある。振動板２０が、圧電素子１０の伸縮に伴って撓む際に、圧電素子１０の中央領域から振動板２０に力が作用する傾向がある。したがって、振動板２０の、圧電素子１０の中央領域に対応する部分に、応力が集中するおそれがある。圧電素子１０の中央領域は、第一方向Ｄ１から見たときの、圧電素子１０の中央領域である。

振動板２０は、たとえば、図１及び図２に示されるように、五つの応力緩和部５０を有している。
四つの応力緩和部５０は、振動板２０の、圧電素子１０の外周縁１０ｋに対応する部分に位置している。四つの応力緩和部５０は、第一方向Ｄ１から見て、外周縁１０ｋの少なくとも一部と重なるように位置している。本実施形態では、四つの応力緩和部５０それぞれは、振動板２０の、圧電素子１０の、対応する角部１０ｇ，１０ｈ，１０ｉ，１０ｊに対応する部分に位置している。四つの応力緩和部５０それぞれは、第一方向Ｄ１から見て、対応する角部１０ｇ，１０ｈ，１０ｉ，１０ｊと重なるように位置している。上記四つの応力緩和部５０のうち一つは、第一方向Ｄ１から見て、辺１０ｃ，１０ｅと重なるようにも位置している。上記四つの応力緩和部５０のうち別の一つは、第一方向Ｄ１から見て、辺１０ｃ，１０ｆと重なるようにも位置している。上記四つの応力緩和部５０のうち更に別の一つは、第一方向Ｄ１から見て、辺１０ｄ，１０ｅと重なるようにも位置している。上記四つの応力緩和部５０のうち更に別の一つは、第一方向Ｄ１から見て、辺１０ｄ，１０ｆと重なるようにも位置している。
一つの応力緩和部５０は、振動板２０の、圧電素子１０の中央領域に対応する部分に位置している。一つの応力緩和部５０は、第一方向Ｄ１から見て、圧電素子１０の中央領域と重なるように位置している。上記一つの応力緩和部５０は、第一方向Ｄ１から見て、圧電素子１０の外周縁１０ｋと重ならないように位置している。上記一つの応力緩和部５０は、第一方向Ｄ１から見て、圧電素子１０の外周縁１０ｋの少なくとも一部と重なるように位置していてもよい。

たとえば、振動板２０の、辺１０ｃに対応する部分が、応力集中箇所となる場合、振動板２０は、第一方向Ｄ１から見て辺１０ｃの少なくとも一部と重なるように位置している応力緩和部を有していてもよい。
たとえば、振動板２０の、辺１０ｄに対応する部分が、応力集中箇所となる場合、振動板２０は、第一方向Ｄ１から見て辺１０ｄの少なくとも一部と重なるように位置している応力緩和部を有していてもよい。
たとえば、振動板２０の、辺１０ｅに対応する部分が、応力集中箇所となる場合、振動板２０は、第一方向Ｄ１から見て辺１０ｅの少なくとも一部と重なるように位置している応力緩和部を有していてもよい。
たとえば、振動板２０の、辺１０ｆに対応する部分が、応力集中箇所となる場合、振動板２０は、第一方向Ｄ１から見て辺１０ｆの少なくとも一部と重なるように位置している応力緩和部を有していてもよい。
たとえば、振動板２０の、圧電素子１０の中央領域に対応する部分以外の部分が、応力集中箇所となる場合、振動板２０は、第一方向Ｄ１から見て圧電素子１０の中央領域に対応する部分以外の部分と重なるように位置している応力緩和部を有していてもよい。

振動デバイスＶＤ１では、振動板２０は、応力緩和部５０を有しており、振動板２０での応力集中が緩和される。応力集中が緩和される結果、振動板２０の振動に重畳される歪み成分が抑制される。振動デバイスＶＤ１は、与えられる駆動信号に応じた所望の振動を実現する。

振動デバイスＶＤ１では、応力緩和部５０は、振動板２０を貫通する貫通孔５０ａ、又は、主面２０ａに形成される窪み５０ｂで構成されている。この場合、貫通孔５０ａ又は窪み５０ｂによって、振動板２０の振動に重畳される歪み成分が確実に抑制される。

振動デバイスＶＤ１では、応力緩和部５０を構成している貫通孔５０ａ及び窪み５０ｂは、主面２０ａに直交する方向から見て、湾曲した開口縁５１を含んでいる。この場合、振動板２０の振動に重畳される歪み成分がより確実に抑制される。

振動デバイスＶＤ１では、応力緩和部５０は、主面２０ａに直交する方向から見て、圧電素子１０の外周縁１０ｋの少なくとも一部と重なるように位置している。この場合、振動板２０での応力集中が確実に緩和される。

振動デバイスＶＤ１では、圧電素子１０は、角部１０ｇ，１０ｈ，１０ｉ，１０ｊを有している。応力緩和部５０は、主面２０ａに直交する方向から見て、角部１０ｇ，１０ｈ，１０ｉ，１０ｊと重なるように位置している。この場合、振動板２０での応力集中がより一層確実に緩和される。

振動デバイスＶＤ１では、応力緩和部５０は、主面２０ａに直交する方向から見て、圧電素子１０の中央領域と重なるように位置している。この場合、振動板２０での応力集中が確実に緩和される。

本実施形態によって、振動板２０の振動に重畳される歪み成分が抑制されることを、実施例によって、具体的に示す。実施例では、上述した本実施形態に係る振動デバイスＶＤ１が用いられ、振動板の振動が測定された。比較例では、応力緩和部５０を有していない振動板を備える振動デバイスが用いられ、実施例と同様に、振動板の振動が測定された。実施例と比較例とは、振動板２０の構成を除き、同じ構成を備えている。
測定結果を図６に示す。図６は、駆動信号の周波数と、振動板の振動に重畳する歪み成分との関係を示す線図である。図６中、横軸は、圧電素子１０に与えられる駆動信号の周波数を表示し、縦軸は、歪み成分の大きさを表示している。実線は実施例の特性を表し、破線は比較例の特性を表している。歪み成分の大きさは、たとえば、全高調波歪（Total HarmonicDistortion：ＴＨＤ）の大きさで表される。図６中、縦軸は、ＴＨＤの大きさを表示している。
図６に示されるように、実施例では、比較例に比して、振動板２０の振動に重畳する歪み成分が抑制されている。比較例では、振動板２０での応力集中に起因して、いくつかの周波数帯域において、振動板２０の振動に歪み成分が重畳されている。これに対して、実施例では、振動板２０の振動への歪み成分の重畳が抑制されている。

図７及び図８を参照して、振動デバイスＶＤ１の変形例について説明する。図７は、実施形態の変形例に係る振動デバイスを示す斜視図である。図８は、実施形態の変形例に係る振動デバイスを示す平面図である。図８では、応力緩和部を見やすくするために、外部電極及び配線部材の図示が省略されている。変形例に係る振動デバイスＶＤ２は、第一方向Ｄ１から見た圧電素子１０が円形状を呈している点に関して、振動デバイスＶＤ１と相違する。以下、振動デバイスＶＤ１と振動デバイスＶＤ２との相違点を主として説明する。

図７及び図８に示されるように、振動デバイスＶＤ２は、圧電素子１０と振動板２０とを備えている。圧電素子１０は、振動板２０に配置されている。圧電素子１０は、第一方向Ｄ１で互いに対向している一対の主面１０ａ，１０ｂを有している。圧電素子１０は、主面１０ｂを画成する外周縁を有している。主面１０ｂの外周縁が、第一方向Ｄ１から見た圧電素子１０の外周縁１０ｋに一致している。本変形例の外周縁は、円形状を呈している。圧電素子１０は、振動板２０の主面２０ａに接合されている。圧電素子１０の主面１０ｂが、主面２０ａに接合されている。本変形例では、振動板２０は、直方体形状を呈している。振動板２０は、第一方向Ｄ１から見て、たとえば、矩形状を呈している。

圧電素子１０は、素体１１を有している。素体１１は、第一方向Ｄ１で互いに対向している一対の主面１１ａ，１１ｂを有している。主面１１ａ，１１ｂは、円形状を呈している。素体１１は、内部電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅを有している。内部電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅの外周縁は、第一方向Ｄ１から見て、円形状を呈している。素体１１は、６層の圧電体層１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆを有している。圧電体層１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆは、第一方向Ｄ１に積層されている。圧電体層１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆの外周縁は、第一方向Ｄ１から見て、円形状を呈している。圧電素子１０は、外部電極１２，１３を備えている。

振動デバイスＶＤ２は、配線部材３０を備えており、外部電極１２，１３は、配線部材３０と電気的に接続される。配線部材３０を通して、外部電極１２，１３に駆動信号が与えられる。外部電極１２，１３は、圧電素子１０の主面１０ａ側に配置されている。本変形例では、外部電極１２，１３と配線部材３０との接続部分は、振動板２０に接触していない。

本変形例では、振動板２０も、第一方向Ｄ１から見て圧電素子１０の外周縁１０ｋの少なくとも一部と重なるように位置している複数の応力緩和部５０と、第一方向Ｄ１から見て圧電素子１０の中央領域と重なるように位置している別の応力緩和部５０と、を有している。上述した複数の応力緩和部５０は、たとえば、圧電素子１０の外周縁１０ｋに沿って並んでいる。上述した別の応力緩和部５０は、圧電素子１０の外周縁１０ｋと重ならないように位置している。上述した別の応力緩和部５０は、第一方向Ｄ１から見て、圧電素子１０の外周縁１０ｋの少なくとも一部と重なるように位置していてもよい。

振動デバイスＶＤ２でも、振動板２０は、応力緩和部５０を有している。したがって、振動デバイスＶＤ２でも、振動デバイスＶＤ１と同様に、振動板２０での応力集中が緩和される。応力集中が緩和される結果、振動板２０の振動に重畳される歪み成分が抑制される。振動デバイスＶＤ２は、与えられる駆動信号に応じた所望の振動を実現する。

振動デバイスＶＤ２では、応力緩和部５０は、振動板２０を貫通する貫通孔５０ａ又は主面２０ａに形成される窪み５０ｂで構成されている。この場合、貫通孔５０ａ又は窪み５０ｂによって、振動板２０の振動に重畳される歪み成分が確実に抑制される。

振動デバイスＶＤ２では、応力緩和部５０を構成している貫通孔５０ａ又は窪み５０ｂは、主面２０ａに直交する方向から見て、湾曲した開口縁５１を含んでいる。この場合、振動板２０での応力集中が確実に緩和される。

振動デバイスＶＤ２では、応力緩和部５０は、主面２０ａに直交する方向から見て、圧電素子１０の外周縁１０ｋの少なくとも一部と重なるように位置している。この場合、振動板２０での応力集中がより一層確実に緩和される。

振動デバイスＶＤ２では、応力緩和部５０は、主面２０ａに直交する方向から見て、圧電素子１０の中央領域と重なるように位置している。この場合、振動板２０での応力集中が確実に緩和される。

以上、本発明の好適な実施形態及び変形例について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態及び変形例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

複数の応力集中箇所が振動板２０に存在する場合、すべての応力集中箇所に対応する複数の応力緩和部５０が振動板２０に位置している必要はない。たとえば、複数の応力集中箇所が振動板２０に存在する場合でも、一つの応力集中箇所に対応する一つの応力緩和部５０のみが振動板２０に位置していてもよい。複数の応力集中箇所すべてに対応する複数の応力緩和部５０が振動板２０に位置している構成は、振動板２０の振動に重畳される歪み成分をより確実に抑制する。
圧電素子１０は、素体１１内に配置される導体を備えていなくてもよい。素体１１内に配置される導体は、複数の内部電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅを含む。

１０…圧電素子、１０ｋ…外周縁、２０…振動板、２０ａ…主面、２２…外周縁、５０…応力緩和部、５０ａ…貫通孔、５０ｂ…窪み、５１…開口縁、ＶＤ１…振動デバイス、ＶＤ２…振動デバイス。

Claims (6)

1. 圧電素子と、
   前記圧電素子が接合されている主面を有し、前記圧電素子の伸縮に伴って振動する振動板と、
   を備え、
   前記圧電素子は、前記主面に直交する方向から見て、前記主面の外周縁の内側に位置し、
   前記振動板は、前記振動板の振動に伴って生じる前記振動板での応力集中を緩和する応力緩和部を有している、振動デバイス。
2. 前記応力緩和部は、前記振動板を貫通する貫通孔、又は、前記主面に形成される窪みで構成されている、請求項１に記載の振動デバイス。
3. 前記応力緩和部を構成している前記貫通孔又は前記窪みは、前記主面に直交する前記方向から見て、湾曲した開口縁を含んでいる、請求項２に記載の振動デバイス。
4. 前記応力緩和部は、前記主面に直交する前記方向から見て、前記圧電素子の外周縁の少なくとも一部と重なるように位置している、請求項１～３のいずれか一項に記載の振動デバイス。
5. 前記圧電素子は、角部を有し、
   前記応力緩和部は、前記主面に直交する前記方向から見て、前記角部と重なるように位置している、請求項４に記載の振動デバイス。
6. 前記応力緩和部は、前記主面に直交する前記方向から見て、前記圧電素子の中央領域と重なるように位置している、請求項１～５のいずれか一項に記載の振動デバイス。

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