JP5953304B2 - 圧電型振動素子 - Google Patents

Description

本発明は、圧電型振動素子に関するものである。

特開２０００−３０５５７３号公報（特許文献１）には、薄板状のダイヤフラムとダイヤフラムに貼着された圧電素子とからなる圧電振動体と、圧電振動体を支持するハウジング及びカバー部材とを備えた圧電ポンプに用いられる圧電型振動素子が開示されている。特許文献１の圧電振動体は、ハウジングとカバー部材とにより形成される断面略コの字形の空間内に両端部が挿入されて、ハウジングとカバー部材とにより支持されている。

特開２０００−３０５５７３号公報

特許文献１に示す従来の圧電型振動素子の支持構造では、圧電振動体の両端部をそれぞれ、ハウジングとカバー部材とにより形成される断面略コの字形の空間内に挿入して両端部を支持している。このような圧電型振動素子の支持構造では、圧電振動体の両端部は実質的に固定された状態となる。そのため圧電振動体の両端部はほとんど変形しないので、圧電振動体の振動を妨害してしまい、圧電振動体の振動を大きくすることができなかった。そのため従来は、圧電型振動素子を振動源として用いることができる用途が限られていた。

本発明の目的は、従来よりも大きな振動を得ることができる圧電型振動素子を提供することにある。

本発明は、細長い振動板の表面及び裏面の少なくとも一方に１以上の圧電素子が接合されてなる圧電振動体と、圧電振動体を振動可能に支持する支持体とを備えた圧電型振動素子を改良の対象とする。圧電振動体の振動板は、長手方向の両端に圧電素子が接合されていない一対の延長部を備えている。支持体は、振動板を支持する一対の支持部を備えている。そして一対の支持部は、それぞれ延長部の表面及び裏面と接触する一対の接触片を有し且つ圧電素子が伸縮しているときに延長部が一対の接触片との接触部分を中心にして揺動することを許容するように延長部を支持する構造を有している。本願明細書において、「延長部が一対の接触片との接触部分を中心にして揺動する」とは、延長部の表面及び裏面と一対の接触片との２カ所の接触点が、それぞれ延長部の表面及び裏面の揺動中心となることを意味する。

本発明によれば、圧電振動体の圧電素子が接合される振動板の両端を一対の支持部で支持するため、圧電素子の伸縮を拘束することがない。また振動板の両端は、それぞれ一対の接触片との接触部分を中心にして揺動し得る状態で支持されているため、圧電素子が伸縮したときにおける振動板の動きは、ほとんど拘束されることがない。その結果、圧電振動体で発生する振動を最大限利用することが可能になり、圧電型振動素子の振動源としての用途を広げることができる。

圧電素子は、振動板の表面及び裏面にそれぞれ設けてもよい。このように構成すると、振動板の表面及び裏面に設けた圧電素子を共に振動発生源とすることができるので、圧電型振動素子の振動を大きくすることが可能となる。

支持部の一対の接触片は、延長部の表面または裏面と接触する接触面が、振動板の延長部に向かって凸となる湾曲面によって構成されていることが好ましい。一対の接触片をこのように構成すると、一対の接触片と延長部の表面または裏面との接触面積を小さくできる上、接触部に応力が集中することがない。その結果、一対の接触片による延長部の拘束領域が小さくなり、しかも一対の接触片と振動板の延長部との間の接触抵抗が小さくなるので、振動板の両端の動きをスムーズにして、圧電型振動素子の振動をより大きくすることができる。

なお一対の接触片は、延長部を介して正対するように構成することが好ましい。このように構成すると、延長部の揺動範囲を最大限確保することが可能となる。

具体的な支持体の構成としては、圧電振動体との間に所定の間隔をあけて長手方向に延びる本体部と、本体部の長手方向の両端から立ち上がる立ち上がり部とを備えたものとすることができる。この場合には、立ち上がり部の先端部に支持部を設ける。このように支持体を構成すると、本体部を圧電型振動素子全体の固定部として利用することができ、圧電型振動素子の取り付けが容易になる。

支持体は、一枚の金属板を折り曲げて一体に成形することができる。このように構成すると、圧電型振動素子を製造する際の部品点数を減らすことができて、圧電型振動素子を安価に製造することができる。

圧電型振動素子の振動をさらに大きくしたい場合には、圧電振動体の伸縮を阻害しないように圧電振動体に重り部材を取り付けてもよい。このような重り部材を取り付けると、重り部材により、圧電振動板の慣性力が大きくなって振幅を大きくすることが可能になる。なお重り部材は、振動の振幅が一番大きくなる圧電振動体の長手方向の中央部に設けるとよい。

重り部材は例えば、圧電振動体を厚み方向に挟む挟持部により、圧電振動体に取り付けることができる。このように構成すると、重り部材と圧電振動体とが完全な固定状態になることがないので、重り部材の存在が圧電振動体の変形を阻害する要因となることを抑制することができる。

重り部材は、圧電振動体の厚み方向両側に位置し且つ一対の延長部に向かうに従って圧電振動体との間の間隔が広がる形状の一対の重錘片が連結部と一体になった構造とすることができる。重り部材をこのように構成すると、重り部材が圧電振動体の変形の邪魔になることがない。

重り部材を、圧電振動体の支持体と対向しない面側にのみ重錘片を有するように構成してもよい。この場合の重り部材は、圧電振動体の厚み方向の片側に位置し且つ一対の延長部に向かうに従って圧電振動体との間の間隔が広がる形状の重錘片と、圧電振動体の支持体の本体部と対向しない面の中央部分と接触する挟持片とが連結部により連結されて一体になった構造とする。このようにすると、支持体と振動板との間に重錘片がないので、支持体と振動板との間に位置する重錘片が、振動板の変形によって支持体と接触して、振動板の変形を制限してしまうことがない。そのため、所望の大きさの振動を確実に得ることができる。

本発明の一実施の形態の圧電型振動素子の正面図である。 図１に示す圧電型振動素子の底面図である。 図１に示す圧電型振動素子の背面図である。 第１の支持部の拡大図である。 支持部の変形例を示す図である。 本発明の他の実施の形態の圧電型振動素子の背面図である。

以下、図面を参照して本発明の圧電型振動素子の実施の形態の一例について説明する。図１は、例えば携帯電話に内蔵されるバイブレータとして用いることができる本実施の形態の圧電型振動素子の正面図を示している。図２及び図３は、それぞれ図１に示す圧電型振動素子の底面図及び背面図を示している。なお、図１乃至図３では、理解を容易にするため、一部の厚み寸法を誇張して描いている。本実施の形態の圧電型振動素子１は、圧電振動体３と、該圧電振動体３に取り付けられた重り部材５と、圧電振動体３を支持する支持体７とを有している。

圧電振動体３は、振動板９と、振動板９に接合された第１の圧電素子１１と第２の圧電素子１３とを有している。振動板９は、表面９ａと裏面９ｂとを有する細長い長方形の板形状を有しており、鉄−ニッケル合金（４２アロイ）、黄銅等からなる金属板により形成されている。本実施の形態では、振動板９の表面９ａに第１の圧電素子１１が接合され、裏面９ｂに第２の圧電素子１３が接合されている。従って本実施の形態の圧電型振動素子は、バイモルフタイプの圧電型振動素子である。

第１の圧電素子１１及び第２の圧電素子１３は、振動板９の両端に一対の延長部１５及び１７を残すように振動板９の表面９ａと裏面９ｂに接合されている。第１の圧電素子１１は、表面に図示しない第１電極を有し、裏面に図示しない第２電極を有するように複数の圧電セラミックス層と電極層が交互に積層された構造を有する多層圧電素子である。第１の圧電素子１１は、振動板９の延長部１５及び１７の表面に延長面１５ａ及び１７ａを残すように図示しない第２の電極が振動板９の表面９ａに電気的に導通可能に接合されて、振動板９の表面９ａに接合されている。また第２の圧電素子１３も第１の圧電素子１１と同様に、表面に図示しない第１電極を有し、裏面に図示しない第２電極を有するように複数の圧電セラミックス層と電極層が交互に積層された構造を有する多層圧電素子である。第２の圧電素子１３は、振動板９の裏面９ｂの両端部に延長部１５及び１７の延長面１５ｂ及び１７ｂを残すように図示しない第２の電極が振動板９の裏面９ｂに電気的に導通可能に接合されて、振動板９の裏面９ｂに接合されている。なお、本実施の形態では、第１及び第２の圧電素子１１，１３として多層（積層）圧電素子を用いたが、圧電素子としては単層圧電素子を用いることもできる。圧電振動体３は、振動板９の延長部１５及び１７が支持体７の後述する一対の支持部により支持されることにより、支持体７に振動可能に支持される。また圧電振動体３の長手方向の中央部には、重り部材５が取り付けられている。

重り部材５は、真鍮、タングステン、金属粉末を混入し比重を上げた樹脂等からなる一対の重錘片１９及び２１と、一対の重錘片１９及び２１の側面をそれらの長手方向の中央部分で連結する連結部２２とを備えている。重り部材５は、一対の重錘片１９及び２１の中央部分と連結部２２とからなる挟持部２３により、圧電振動体３を厚み方向の両側から挟むように圧電振動体３に取り付けられている。本実施の形態では、重錘片１９が第１の圧電素子１１と対向し、重錘片２１が第２の圧電素子１３と対向するように重錘片１９及び重錘片２１を配置している。従って重錘片１９及び重錘片２１は、圧電振動体３の厚み方向両側に位置している。一対の重錘片１９及び２１はそれぞれ、圧電振動体３の厚み方向から見た形状が、その幅寸法が圧電素子の幅寸法と略同一であり、長手方向の長さ寸法が圧電素子の長手方向の長さ寸法よりも短い長方形形状になるように形成されている。また重錘片１９及び２１の第１の圧電素子１１及び第２の圧電素子１３と対向する面は、それぞれ長手方向の中央部に挟持部２３の一部を構成する接触面１９ａ及び２１ａと、この接触面１９ａ及び２１ａの両側に位置して延長部１５及び１７に向かうに従って第１の圧電素子１１との間の間隔が広がるように傾斜する一対の傾斜面１９ｂ及び２１ｂとから構成される。なお一対の重錘片１９及び２１は、接触面１９ａ及び２１ａを第１の圧電素子１１及び第２の圧電素子１３に接着剤または両面テープにより固定してもよい。重り部材５が、このような構造を有していると、重り部材５が圧電振動体３の伸縮を阻害することはない。本実施の形態では、一対の重錘片１９及び２１と連結部２２とがと一体に形成されている。

支持体７は、圧電振動体３との間に所定の間隔をあけて長手方向に延びる本体部２５と、本体部２５の長手方向の両端から立ち上がる立ち上がり部２６と、立ち上がり部２６の先端部に設けられた第１及び第２の支持部２７及び２９とを備えている。本体部２５は、長手方向に延びる長方形の板形状を有している。第１及び第２の支持部２７及び２９は、振動板９の延長部１５及び１７をそれぞれ支持する。本実施の形態では、本体部２５、立ち上がり部２６、第１の支持部２７及び第２の支持部２９は、一枚のステンレス板等の金属板を折り曲げ加工することにより、一体に形成されている。なお本体部２５が、携帯電話のハウジングに固定される。

第１の支持部２７は、延長部１５の表面側の延長面１５ａ及び裏面側の延長面１５ｂと接触する一対の接触片３１及び３３と、一対の接触片３１及び３３を連結する一対の連結片３４ａ及び３４ｂを一体に有している。一対の接触片３１及び３３は、平板状部３１ａ及び３３ａと平板状部３１ａ及び３３ａの中央部に形成された接触部３１ｂ及び３３ｂとを一体に有している。接触部３１ｂ及び３３ｂは、それぞれ延長部１５の延長面１５ａ及び延長面１５ｂに向かう方向に凸となる湾曲面３１ｃ及び３３ｃを備えている。本実施の形態では、接触部３１ｂ及び３３ｂが、ほぼ半円筒形状を有している。これらの湾曲面３１ｃ及び３３ｃが、延長部１５の延長面１５ａ及び延長面１５ｂと接触する接触面を構成している。

第２の支持部２９は、延長部１７の表面側の延長面１７ａ及び裏面側の延長面１７ｂと接触する一対の接触片３５及び３７と、一対の接触片３５及び３７を連結する一対の連結片４１ａ及び４１ｂを一体に有している。一対の接触片３５及び３７は、平板状部３５ａ及び３７ａと平板状部３５ａ及び３７ａの中央部に形成された接触部３５ｂ及び３７ｂとを一体に有している。接触部３５ｂ及び３７ｂは、それぞれ延長部１７の延長面１７ａ及び延長面１７ｂに向かう方向に凸となる湾曲面３５ｃ及び３７ｃを備えている。本実施の形態では、接触部３５ｂ及び３７ｂが、ほぼ半円筒形状を有している。これらの湾曲面３５ｃ及び３７ｃが、延長部１７の延長面１７ａ及び延長面１７ｂと接触する接触面を構成している。

本実施の形態では、一対の接触片３１及び３３が延長部１５を中心として対称となる形状を有しているので、一対の接触片３１及び３３（接触部３１ｂ及び３３ｂ）は正対している。また一対の接触片３５及び３７も延長部１７を中心として対称となる形状を有しているので、一対の接触片３５及び３７（接触部３５ｂ及び３７ｂ）は正対している。本実施の形態では、このような構造の一対の支持部２７及び２９で振動板９の一対の延長部１５及び１７を支持することにより、第１及び第２の圧電素子１１及び１３が伸縮しているときに延長部１５及び１７が一対の接触片３１及び３３並びに３５及び３７との接触部分３１ｄ及び３３ｄ並びに３５ｄ及び３７ｄを中心にして揺動する。図４に拡大して模擬的に示すように、延長部１５の延長面１５ａ及び１５ｂと接触片３１及び３３の湾曲面３１ｃ及び３３ｃとの２カ所の接触部分３１ｄ及び３３ｄが、それぞれ延長部１５の延長面（表面）１５ａ及び延長面（裏面）１５ｂの揺動中心となる。図４においては、揺動後の延長部１５を破線で示してある。同様に、延長部１７の延長面１７ａ及び１７ｂと接触片３５及び３７の湾曲面３５ｃ及び３７ｃとの２カ所の接触点３５ｄ及び３７ｄが、それぞれ延長部１７の延長面（表面）１７ａ及び延長面（裏面）１７ｂの揺動中心となる。

上記実施の形態では、第１の圧電素子１１と第２の圧電素子１３が伸縮しているときに、第１の支持部２７の接触片３１及び３３との接触部分を中心にして延長部１５が揺動することができる。また、第２の支持部２９の接触片３７ｃ及び３９ｃとの接触部分を中心にして延長部１７が揺動することができる。そのため、第１の圧電素子１１と第２の圧電素子１３が伸縮したときにおける振動板の動きは、ほとんど拘束されることがない。また、表面壁部の接触片と裏面壁部の接触片とが正対しているので、延長部の揺動範囲を最大限確保することが可能である。

図５は、支持部の変形例を示す図である。なお図５には、図１乃至４に示した実施の形態の構成部分と同様の部分に、図１乃至４に示した実施の形態に付した符号の数に１００の数を加えた数の符号を付して説明を省略する。この支持部１２７は、振動板１１５の長手方向の一端側で二つの接触片１３１及び１３３連結片１３４が連結されている。

図６は、本発明の他の形態の圧電型振動素子の背面図である。なお図６には、図１乃至４に示した実施の形態の構成部分と同様の部分に、図１乃至４に示した実施の形態に付した符号の数に２００の数を加えた数の符号を付して説明を省略する。図６に示す圧電型振動素子では、重り部材２０５は、圧電振動体２０３の支持体２０７の本体部２０７ａと対向しない面側に位置する１つの重錘片２２１と、圧電振動体２０３の支持体２０７と対向する面の中央部分と接触する挟持片２１９とが、連結部２２２により連結されて一体になった構造を有している。従って図６の重り部材２０５は、重錘片２２１の中央部分の接触面２２１ａと挟持片２１９と連結部２２２とからなる挟持部２２３により、圧電振動体２０３を厚み方向から挟むように圧電振動体２０３に取り付けられている。

上記実施の形態では、バイモルフタイプの圧電型振動素子について説明したが、本発明はユニモルフタイプの圧電型振動素子にも適用できるのは勿論である。

本発明によれば、圧電振動体の圧電素子が接合される振動板の両端を一対の支持部で支持するため、圧電素子の伸縮を拘束することがない。また振動板の両端は、それぞれ一対の接触片との接触部分を中心にして揺動し得る状態で支持されているため、圧電素子が伸縮したときにおける振動板の動きは、ほとんど拘束されることがない。その結果、圧電振動体で発生する振動を最大限利用することが可能になり、圧電型振動素子の振動源としての用途を広げることができる。

１ 圧電型振動素子
３ 圧電振動体
５ 重り部材
７ 支持体
９ 振動板
１１ 第１の圧電素子
１３ 第２の圧電素子
１５ 延長部
１７ 延長部
１９ 重錘片
２１ 重錘片
２２ 連結部
２３ 挟持部
２５ 本体部
２６ 立ち上がり部
２７ 第１の支持部
２９ 第２の支持部
３１ 接触片
３１ａ 平板状部
３１ｂ 接触部
３１ｃ 湾曲面
３３ 接触片
３４ａ 連結片
３４ｂ 連結片
３５ 接触片
３７ 接触片
４１ａ 連結片
４１ｂ 連結片

Claims (10)

1. 細長い振動板の表面及び裏面の少なくとも一方に１以上の圧電素子が接合されてなる圧電振動体と、
   前記圧電振動体を振動可能に支持する支持体とを備えた圧電型振動素子であって、
   前記振動板は長手方向の両端に前記圧電素子が接合されていない一対の延長部を備えており、
   前記支持体は前記振動板の前記一対の延長部を支持する一対の支持部を備えており、
   前記支持部は、前記延長部の前記表面及び前記裏面と接触する一対の接触片を有し且つ前記圧電素子が伸縮しているときに前記延長部が前記一対の接触片との接触部分を中心にして揺動することを許容するように前記延長部を支持する構造を有しており、
   前記圧電素子は前記振動板の前記表面及び前記裏面にそれぞれ設けられており、
   前記一対の接触片は、前記延長部の前記表面または前記裏面と接触する接触面が、前記延長部に向かって凸となる湾曲面によって構成されており、
   前記一対の接触片は、前記延長部を介して正対しており、
   前記支持体は、前記圧電振動体との間に所定の間隔をあけて前記長手方向に延びる本体部と、前記本体部の前記長手方向の両端から立ち上がる立ち上がり部と、前記立ち上がり部の先端部に設けられた前記支持部とを備えており、
   前記支持体は、一枚の金属板が折り曲げられて一体に成形されており、
   前記圧電振動体の長手方向の中央部には、前記圧電振動体の伸縮を阻害しないように重り部材が取り付けられており、
   前記重り部材は、前記圧電振動体を厚み方向に挟む挟持部により、前記圧電振動体に取り付けられており、
   前記重り部材は、前記圧電振動体の前記厚み方向両側に位置し且つ前記一対の延長部に向かうに従って前記圧電振動体との間の間隔が広がる形状の一対の重錘片が連結部により連結されて一体になった構造を有していることを特徴とする圧電型振動素子。
2. 細長い振動板の表面及び裏面の少なくとも一方に１以上の圧電素子が接合されてなる圧電振動体と、
   前記圧電振動体を振動可能に支持する支持体とを備えた圧電型振動素子であって、
   前記振動板は長手方向の両端に前記圧電素子が接合されていない一対の延長部を備えており、
   前記支持体は前記振動板の前記一対の延長部を支持する一対の支持部を備えており、
   前記支持部は、前記延長部の前記表面及び前記裏面と接触する一対の接触片を有し且つ前記圧電素子が伸縮しているときに前記延長部が前記一対の接触片との接触部分を中心にして揺動することを許容するように前記延長部を支持する構造を有しており、
   前記支持体は、前記圧電振動体との間に所定の間隔をあけて前記長手方向に延びる本体部と、前記本体部の前記長手方向の両端から立ち上がる立ち上がり部と、前記立ち上がり部の先端部に設けられた前記支持部とを備え、
   前記支持体は、一枚の金属板が折り曲げられて一体に成形されていることを特徴とする圧電型振動素子。
3. 前記圧電素子は前記振動板の前記表面及び前記裏面にそれぞれ設けられている請求項２に記載の圧電型振動素子。
4. 前記一対の接触片は、前記延長部の前記表面または前記裏面と接触する接触面が、前記延長部に向かって凸となる湾曲面によって構成されている請求項２に記載の圧電型振動素子。
5. 前記一対の接触片は、前記延長部の前記表面または前記裏面と接触する接触面が、前記延長部に向かって凸となる湾曲面によって構成されている請求項３に記載の圧電型振動素子。
6. 前記一対の接触片は、前記延長部を介して正対している請求項４または５に記載の圧電型振動素子。
7. 前記圧電振動体の長手方向の中央部には、前記圧電振動体の伸縮を阻害しないように重り部材が取り付けられている請求項２に記載の圧電型振動素子。
8. 前記重り部材は、前記圧電振動体を厚み方向に挟む挟持部により、前記圧電振動体に取り付けられている請求項９に記載の圧電型振動素子。
9. 細長い振動板の表面及び裏面の少なくとも一方に１以上の圧電素子が接合されてなる圧電振動体と、
   前記圧電振動体を振動可能に支持する支持体とを備えた圧電型振動素子であって、
   前記振動板は長手方向の両端に前記圧電素子が接合されていない一対の延長部を備えており、
   前記支持体は前記振動板の前記一対の延長部を支持する一対の支持部を備えており、
   前記支持部は、前記延長部の前記表面及び前記裏面と接触する一対の接触片を有し且つ前記圧電素子が伸縮しているときに前記延長部が前記一対の接触片との接触部分を中心にして揺動することを許容するように前記延長部を支持する構造を有しており、
   前記圧電振動体の長手方向の中央部には、前記圧電振動体の伸縮を阻害しないように重り部材が取り付けられており、
   前記重り部材は、前記圧電振動体を厚み方向に挟む挟持部により、前記圧電振動体に取り付けられており、
   前記重り部材は、前記圧電振動体の前記厚み方向両側に位置し且つ前記一対の延長部に向かうに従って前記圧電振動体との間の間隔が広がる形状の一対の重錘片が連結部により連結されて一体になった構造を有していることを特徴とする圧電型振動素子。
10. 細長い振動板の表面及び裏面の少なくとも一方に１以上の圧電素子が接合されてなる圧電振動体と、
    前記圧電振動体を振動可能に支持する支持体とを備えた圧電型振動素子であって、
    前記振動板は長手方向の両端に前記圧電素子が接合されていない一対の延長部を備えており、
    前記支持体は前記振動板の前記一対の延長部を支持する一対の支持部を備えており、
    前記支持部は、前記延長部の前記表面及び前記裏面と接触する一対の接触片を有し且つ前記圧電素子が伸縮しているときに前記延長部が前記一対の接触片との接触部分を中心にして揺動することを許容するように前記延長部を支持する構造を有しており、
    前記圧電振動体の長手方向の中央部には、前記圧電振動体の伸縮を阻害しないように重り部材が取り付けられており、
    前記重り部材は、前記圧電振動体を厚み方向に挟む挟持部により、前記圧電振動体に取り付けられており、
    前記重り部材は、前記圧電振動体の前記厚み方向の片側に位置し且つ前記一対の延長部に向かうに従って前記圧電振動体との間の間隔が広がる形状の重錘片と、前記圧電振動体の前記支持体の前記本体部と対向する面の中央部分と接触する挟持片とが連結部により連結されて一体になった構造を有していることを特徴とする圧電型振動素子。

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