JP6897339B2

JP6897339B2 - 圧電駆動装置

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Publication number: JP6897339B2
Application number: JP2017110261A
Authority: JP
Inventors: 信男古川
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Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2017-06-02
Filing date: 2017-06-02
Publication date: 2021-06-30
Anticipated expiration: 2037-06-02
Also published as: JP2018207660A

Description

本発明は、圧電駆動装置に関する。

従来の圧電駆動装置として、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１に記載の圧電駆動装置は、圧電体と、圧電体に設けられた電極と、電極に駆動電圧を印加する駆動回路と、を備えている。圧電駆動装置では、駆動回路により印加される駆動電圧は、変動する電圧（交流成分）にオフセット電圧（直流成分）を加えた電圧である。

特開２０１６−４０９９０号公報

従来の圧電駆動装置では、オフセット電圧のレベルによっては、接地電圧に対して負側の逆電圧（圧電体を駆動させるために印加する方向とは逆方向の電圧）が圧電体に印加されるおそれがある。圧電体に分極電圧以上の逆電圧が印加されると、脱分極することがある。

本発明の一側面は、振動デバイスにおける脱分極を抑制できる圧電駆動装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る圧電駆動装置は、振動デバイスと、振動デバイスに駆動電圧を印加する駆動装置を、を備え、駆動装置は、時間に対して正弦的に変化する駆動電圧の正弦波波形を生成する波形生成部と、波形生成部において生成された正弦波波形に基づく駆動電圧を振動デバイスに出力する出力部と、を有し、波形生成部は、駆動電圧の最小値が０Ｖ以上となり、且つ、初期位相が２７０度である正弦波波形を生成する。

本発明の一側面に係る圧電駆動装置では、波形生成部は、電圧の最小値が０Ｖ以上であり、且つ、初期位相が２７０度である正弦波波形を生成する。初期位相が２７０度の正弦波波形の駆動電圧は、位相が３６０度まで正側に立ち上がる。また、生成される正弦波波形の駆動電圧の最小値は０Ｖ以上である。これにより、駆動装置から振動デバイスに出力される駆動電圧には、負電圧の成分が含まれない。したがって、振動デバイスには、分極電圧以上の逆電圧が印加されない。その結果、圧電駆動装置では、振動デバイスにおける脱分極を抑制できる。

本発明の一側面に係る圧電駆動装置は、振動デバイスと、振動デバイスに駆動電圧を印加する駆動装置を、を備え、駆動装置は、時間に対して余弦的に変化する駆動電圧の余弦波波形を生成する波形生成部と、波形生成部において生成された余弦波波形に基づく駆動電圧を振動デバイスに出力する出力部と、を有し、波形生成部は、駆動電圧の最小値が０Ｖ以上となり、且つ、初期位相が１８０度である波形を余弦波生成する。

本発明の一側面に係る圧電駆動装置では、波形生成部は、電圧の最小値が０Ｖ以上であり、且つ、初期位相が１８０度である余弦波波形を生成する。初期位相が１８０度の余弦波波形の駆動電圧は、位相が２７０度まで正側に立ち上がる。また、生成される余弦波波形の駆動電圧の最小値は０Ｖ以上である。これにより、駆動装置から振動デバイスに出力される駆動電圧には、負電圧の成分が含まれない。したがって、振動デバイスには、分極電圧以上の逆電圧が印加されない。その結果、圧電駆動装置では、振動デバイスにおける脱分極を抑制できる。

一実施形態においては、振動デバイスは、圧電素体と、圧電素体内に配置された複数の内部電極と、対応する内部電極と電気的に接続された複数の外部電極と、を有する圧電素子を有し、圧電素体は、複数の圧電体層を積層することにより形成されていてもよい。圧電素体が複数の圧電体層で形成される場合、各圧電体層の厚みが小さくなり得る。圧電素子では、内部電極間に印加される駆動電圧に比例して変位が得られるため、各圧電体層の厚みを小さくすることで、高電圧を印加しなくとも大きな変位が得られる。一方で、各圧電体層の厚みが小さい場合、分極電圧の逆電圧も低くなる。そのため、圧電素子において脱分極が生じ易くなり得る。これについて、圧電駆動装置は、負電圧の成分が含まれない駆動電圧を振動デバイスに出力するため、圧電素体が複数の圧電体層で形成される場合において、特に有効である。

一実施形態においては、振動デバイスは、圧電素子に接着されている振動板を有していてもよい。この構成では、振動板によって、圧電素子の振動を増幅させることができる。そのため、振動板を備える振動デバイスでは、駆動電圧を低くした場合であっても、振動板を備えていない振動デバイスと同等の振動を得ることが可能となる。このように、振動板を備える振動デバイスでは、得られる振動を確保しつつ、圧電素子に印加する駆動電圧を低くすることができる。この場合、分極電圧の逆電圧も低くなるため、圧電素子において脱分極が生じ易くなり得る。これについて、圧電駆動装置は、負電圧の成分が含まれない駆動電圧を振動デバイスに出力するため、振動デバイスが振動板を有する場合において、特に有効である。

本発明の一側面によれば、振動デバイスにおける脱分極を抑制できる。

図１は、一実施形態に係る圧電駆動装置を示す図である。図２は、振動デバイスの平面図である。図３は、振動デバイスの断面構成を示す図である。図４は、振動デバイスの断面構成を示す図である。図５は、振動デバイスの断面構成を示す図である。図６は、振動デバイスの断面構成を示す図である。図７は、圧電素子の構成を示す分解斜視図である。図８は、圧電素子の平面図である。図９は、駆動装置の構成を示す図である。図１０は、駆動装置において生成される電圧の波形を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図１に示されるように、圧電駆動装置１は、振動デバイス３と、駆動装置５と、を備えている。

最初に、振動デバイス３について説明する。図２は、振動デバイスの平面図である。図３、図４、図５、及び図６は、本実施形態に係る振動デバイスの断面構成を示す図である。図７は、圧電素子の構成を示す分解斜視図である。図８は、圧電素子の平面図である。図２に示されるように、振動デバイス３は、圧電素子１０と、配線基板４０と、振動板５０と、を備えている。圧電素子１０は、圧電素体１１と、複数の外部電極１３，１５と、を有している。

圧電素体１１は、直方体形状を呈している。圧電素体１１は、互いに対向している一対の主面１１ａ，１１ｂと、四つの側面１１ｃと、を有している。直方体形状には、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が含まれる。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、正方形状を呈している。

一対の主面１１ａ，１１ｂが対向している方向が第一方向Ｄ１である。第一方向Ｄ１は、各主面１１ａ，１１ｂに直交する方向でもある。四つの側面１１ｃは、一対の主面１１ａ，１１ｂの間を連結するように第一方向Ｄ１に延在している。主面１１ａ，１１ｂと各側面１１ｃとは、稜線部を介して、間接的に隣り合っている。圧電素体１１の第一方向Ｄ１での長さ（圧電素体１１の厚み）は、例えば１００μｍである。

圧電素体１１は、図７にも示されるように、（第一方向Ｄ１に複数の圧電体層１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄが積層されて構成されている。本実施形態では、圧電素体１１は、四つの圧電体層１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄを含んでいる。圧電素体１１では、複数の圧電体層１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄが積層されている方向が第一方向Ｄ１と一致する。

各圧電体層１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄは、圧電材料からなる。本実施形態では、各圧電体層１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄは、圧電セラミック材料からなる。圧電セラミック材料としては、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）などが挙げられる。各圧電体層１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄは、例えば、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。実際の圧電素体１１では、各圧電体層１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄは、各圧電体層１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄの間の境界が認識できない程度に一体化されている。

圧電体層１７ａは、主面１１ａを有している。圧電体層１７ｄは、主面１１ｂを有している。圧電体層１７ｂ，１７ｃは、圧電体層１７ａと圧電体層１７ｄとの間に位置している。圧電体層１７ａ，１７ｄの厚みは、圧電体層１７ｂ，１７ｃの厚みよりも小さい。圧電体層１７ａ，１７ｄの厚みは、例えば３３μｍであり、圧電体層１７ｂ，１７ｃの厚みは、例えば１６μｍである。

圧電素子１０は、図３、図４、図５、及び図７に示されるように、圧電素体１１内に配置されている複数の内部電極１９，２１，２３を備えている。本実施形態では、圧電素子１０は、三つの内部電極１９，２１，２３を備えている。

内部電極１９，２１，２３は、導電性材料からなる。導電性材料として、例えばＡｇ、Ｐｄ、又はＡｇ−Ｐｄ合金などが用いられる。内部電極１９，２１，２３は、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１９，２１，２３は、略矩形状（例えば、略正方形状）を呈している。

各内部電極１９，２１，２３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１９と内部電極２１とは、第一方向Ｄ１に間隔を有して対向している。内部電極２１と内部電極２３とは、第一方向Ｄ１に間隔を有して対向している。内部電極１９は、圧電体層１７ａと圧電体層１７ｂとの間に位置している。内部電極２１は、圧電体層１７ｂと圧電体層１７ｃとの間に位置している。内部電極２３は、圧電体層１７ｃと圧電体層１７ｄとの間に位置している。

各内部電極１９，２１，２３は、圧電素体１１の表面には露出していない。すなわち、各内部電極１９，２１，２３は、側面１１ｃには露出していない。したがって、各内部電極１９，２１，２３は、図８に示されるように、第一方向Ｄ１から見て、主面１１ａ，１１ｂの全ての縁（四辺）から離間している。

複数の外部電極１３，１５は、主面１１ａ上に配置されている。外部電極１３は、複数の外部電極１３ａ，１３ｂを含んでいる。本実施形態では、外部電極１３は、二つの外部電極１３ａ，１３ｂを含んでいる。外部電極１５は、複数の外部電極１５ａ，１５ｂを含んでいる。本実施形態では、外部電極１５は、二つの外部電極１５ａ，１５ｂを含んでいる。各外部電極１３ａ，１３ｂ，１５ａ，１５ｂは、第一方向Ｄ１から見て、略長円形状を呈している。

各外部電極１３，１５（各外部電極１３ａ，１３ｂ，１５ａ，１５ｂ）は、導電性材料からなる。導電性材料として、例えば、Ａｇ、Ｐｄ、又はＡｇ−Ｐｄ合金などが用いられる。各外部電極１３，１５は、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。

各外部電極１３，１５（各外部電極１３ａ，１３ｂ，１５ａ，１５ｂ）は、図８に示されるように、第一方向Ｄ１から見て、主面１１ａ，１１ｂの全ての縁（四辺）から離間している。各外部電極１３，１５（各外部電極１３ａ，１３ｂ，１５ａ，１５ｂ）は、図８に示されるように、第一方向Ｄ１から見て、内部電極１９，２１，２３の全ての縁（四辺）から離間している。

外部電極１３ａと外部電極１３ｂとは、隣り合っている。外部電極１５ａと外部電極１５ｂとは、隣り合っている。四つの外部電極１３ａ，１３ｂ，１５ａ，１５ｂは、主面１１ａの一辺のみに沿って配置されている。外部電極１３ｂと外部電極１５ａとが、隣り合っている。

各外部電極１３ａ，１３ｂは、それぞれ複数のビア導体３１を通して接続導体２５と電気的に接続されている。接続導体２５は、内部電極１９と同じ層に位置している。接続導体２５は、圧電体層１７ａと圧電体層１７ｂとの間に位置している。内部電極１９と接続導体２５とは、離間している。接続導体２５は、第一方向Ｄ１で、外部電極１３ａ，１３ｂと対向している。複数のビア導体３１は、外部電極１３ａ，１３ｂと接続されていると共に、接続導体２５と接続されている。

各外部電極１５ａ，１５ｂは、それぞれ複数のビア導体３３を通して内部電極１９と電気的に接続されている。内部電極１９は、第一方向Ｄ１で、外部電極１５ａ，１５ｂと対向している。複数のビア導体３３は、外部電極１５ａ，１５ｂと接続されていると共に、内部電極１９と接続されている。

接続導体２５は、複数のビア導体３５を通して内部電極２１と電気的に接続されている。接続導体２５は、第一方向Ｄ１で、内部電極２１と対向している。複数のビア導体３５は、接続導体２５と接続されていると共に、内部電極２１と接続されている。

内部電極１９は、それぞれ複数のビア導体３７を通して接続導体２７と電気的に接続されている。接続導体２７は、内部電極２１と同じ層に位置している。接続導体２７は、圧電体層１７ｂと圧電体層１７ｃとの間に位置している。内部電極２１と接続導体２７とは、離間している。接続導体２７は、第一方向Ｄ１で、内部電極１９と対向している。複数のビア導体３７は、内部電極１９と接続されていると共に、接続導体２７と接続されている。

接続導体２７は、複数のビア導体３９を通して内部電極２３と電気的に接続されている。接続導体２７は、第一方向Ｄ１で、内部電極２３と対向している。複数のビア導体３９は、接続導体２７と接続されていると共に、内部電極２３と接続されている。

各外部電極１３ａ，１３ｂは、複数のビア導体３１、接続導体２５、及び、複数のビア導体３５を通して内部電極２１と電気的に接続されている。各外部電極１５ａ，１５ｂは、複数のビア導体３３を通して内部電極１９と電気的に接続されている。各外部電極１５ａ，１５ｂは、複数のビア導体３３、内部電極１９、複数のビア導体３７、接続導体２７、及び、複数のビア導体３９を通して内部電極２３と電気的に接続されている。

接続導体２５，２７及びビア導体３１，３３，３５，３７，３９は、導電性材料からなる。導電性材料として、例えば、Ａｇ、Ｐｄ、又はＡｇ−Ｐｄ合金などが用いられる。接続導体２５，２７及びビア導体３１，３３，３５，３７，３９は、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。接続導体２５，２７は、略矩形状を呈している。ビア導体３１，３３，３５，３７，３９は、対応する圧電体層１７ａ，１７ｂ，１７ｃ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。

圧電素体１１の主面１１ｂには、内部電極１９，２３と電気的に接続されている導体及び内部電極２１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、主面１１ｂを第一方向Ｄ１から見たとき、主面１１ｂの全体が露出している。主面１１ａ，１１ｂは、自然面である。自然面とは、焼成により成長した結晶粒の表面により構成される面である。

圧電素体１１の各側面１１ｃにも、内部電極１９，２３と電気的に接続されている導体及び内部電極２１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、各側面１１ｃを当該側面１１ｃと直交する方向から見たとき、各側面１１ｃの全体が露出している。本実施形態では、各側面１１ｃも、自然面である。

配線基板４０は、図６にも示されているように、樹脂膜４１と、複数の導体４３，４５と、被覆膜４７と、を有している。本実施形態では、配線基板４０は、一対の導体４３，４５を備えている。配線基板４０は、例えばフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）である。配線基板４０は、所定の方向に延在している。

樹脂膜４１は、互いに対向している一対の主面４１ａ，４１ｂと、端面４１ｃと、互いに対向している一対の側面４１ｄと、を有している。樹脂膜４１は、電気絶縁性を有している。樹脂膜４１は、例えばポリイミド樹脂からなる。

端面４１ｃは、一対の主面４１ａ，４１ｂの間を連結するように第一方向Ｄ１に延在している。端面４１ｃは、一つの側面１１ｃと対向している。一対の側面４１ｄは、一対の主面４１ａ，４１ｂの間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４１ｄは、上記所定の方向に沿って延在している。本実施形態では、主面４１ｂを主面４１ａと主面４１ｂとが対向している方向から見たとき、主面４１ｂの全体が露出している。

一対の導体４３，４５は、樹脂膜４１（主面４１ａ）上に配置されている。導体４３と導体４５とは、上記所定の方向に延在している。導体４３と導体４５とは、導体４３，４５が延在している方向と交差する方向で離間している。各導体４３，４５は、例えば銅からなる。

導体４３は、互いに対向している一対の主面４３ａ，４３ｂと、端面４３ｃと、互いに対向している一対の側面４３ｄと、を有している。主面４３ｂは、主面４１ａと接している。端面４３ｃは、一対の主面４３ａ，４３ｂの間を連結するように第一方向Ｄ１に延在している。端面４３ｃは、一つの側面１１ｃと対向している。一対の側面４３ｄは、一対の主面４３ａ，４３ｂの間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４３ｄは、上記所定の方向に沿って延在している。本実施形態では、端面４１ｃと端面４３ｃとは、略同一平面上に位置している。

導体４５は、互いに対向している一対の主面４５ａ，４５ｂと、端面４５ｃと、互いに対向している一対の側面４５ｄと、を有している。主面４５ｂは、主面４１ａと接している。端面４５ｃは、一対の主面４５ａ，４５ｂの間を連結するように第一方向Ｄ１に延在している。端面４５ｃは、一つの側面１１ｃと対向している。一対の側面４５ｄは、一対の主面４５ａ，４５ｂの間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４５ｄは、上記所定の方向に沿って延在している。側面４３ｄと側面４５ｄとは、互いに対向している。本実施形態では、端面４１ｃと端面４５ｃとは、略同一平面上に位置している。

被覆膜４７は、各導体４３，４５の一部を覆うように、各導体４３，４５上に配置されている。上記所定の方向での各導体４３，４５の両端部は、被覆膜４７から露出している。被覆膜４７は、主面４１ａにおける各導体４３，４５から露出している領域を覆うように、主面４１ａにも配置されている。上記所定の方向での樹脂膜４１の両端部も、被覆膜４７から露出している。被覆膜４７は、各導体４３，４５（主面４３ａ，４５ａ及び一対の側面４３ｄ，４５ｄ）と接しているとともに、樹脂膜４１（主面４１ａ）と接している。樹脂膜４１と被覆膜４７とは、互いに接している領域で接合されている。被覆膜４７は、例えばポリイミド樹脂からなる。被覆膜４７から露出している各導体４３，４５の両端部には、例えば金フラッシュめっきが施されている。

主面４１ａと主面４１ｂとが対向している方向での配線基板４０の長さ（配線基板４０の厚み）は、主面４１ａと主面４１ｂとが対向している方向での樹脂膜４１の長さ（樹脂膜４１の厚み）と、主面４１ａと主面４１ｂとが対向している方向での導体４３，４５の長さ（導体４３，４５の厚み）と、主面４１ａと主面４１ｂとが対向している方向での被覆膜４７の長さ（被覆膜４７の厚み）との合計で規定される。本実施形態では、配線基板４０の厚みは、例えば７０μｍである。樹脂膜４１の厚みは、例えば２０μｍである。各導体４３，４５の厚みは、例えば２０μｍである。樹脂膜４１の厚みと各導体４３，４５の厚みとは、異なっていてもよい。

振動板５０は、金属からなり、互いに対向している主面５０ａ，５０ｂを有している。振動板５０は、例えば、Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｎｉ、黄銅、又はステンレス鋼からなる。振動板５０（主面５０ａ，５０ｂ）は、主面５０ａと主面５０ｂとが対向している方向から見たとき、矩形状を呈している。主面５０ａと主面５０ｂとが対向している方向での振動板５０の長さ（振動板５０の厚み）は、例えば２５０μｍである。

圧電素子１０及び配線基板４０は、振動板５０と接着されている。圧電素体１１の主面１１ｂと振動板５０の主面５０ａとが互いに対向しており、樹脂膜４１の主面４１ｂと振動板５０の主面５０ａとが互いに対向している。すなわち、主面１１ｂと主面５０ａとが接着されていると共に、主面４１ｂと主面５０ａとが接着されている。

圧電素子１０及び配線基板４０が振動板５０に接着された状態では、第一方向Ｄ１と、主面４１ａと主面４１ｂとが対向している方向と、主面５０ａと主面５０ｂとが対向している方向と、は略同じである。第一方向Ｄ１から見て、圧電素子１０は、振動板５０の中央部に配置されている。

圧電素子１０は、接着部材５５によって、主面１１ｂと四つの側面１１ｃとで振動板５０と接着されている。接着部材５５は、圧電素子１０と振動板５０とを接着する部材である。本実施形態では、主面１１ｂと四つの側面１１ｃとの全体が、接着部材５５で覆われている。すなわち、主面１１ｂと四つの側面１１ｃとの全体が、接着部材５５と接している。主面１１ａは、接着部材５５に覆われておらず、接着部材５５から露出している。主面１１ｂと主面５０ａとは、接着部材５５を介して、間接的に対向している。

配線基板４０は、接着部材５７によって、樹脂膜４１の主面４１ｂで振動板５０と接着されている。接着部材５７は、配線基板４０と振動板５０とを接着する部材である。本実施形態では、主面４１ｂの、振動板５０上に位置している領域の全体が、接着部材５７で覆われている。すなわち、主面４１ｂの上記領域の全体が、接着部材５７と接している。一対の側面４１ｄは、接着部材５７に覆われておらず、接着部材５７から露出している。一対の側面４１ｄは、接着部材５５にも覆われておらず、接着部材５５から露出している。主面４１ｂと主面５０ａとは、接着部材５７を介して、間接的に対向している。

樹脂膜４１の端面４１ｃと、一対の導体４３，４５の各端面４３ｃ，４５ｃとは、接着部材５７に覆われておらず、接着部材５７から露出している。各端面４１ｃ，４３ｃ，４５ｃは、接着部材５５に覆われており、接着部材５５と接している。本実施形態では、各端面４１ｃ，４３ｃ，４５ｃの全体が、接着部材５５と接している。すなわち、各端面４１ｃ，４３ｃ，４５ｃの全体が、接着部材５５によって、振動板５０と接着されている。

接着部材５５，５７は、例えば樹脂（エポキシ樹脂又はアクリル系樹脂など）が用いられる。接着部材５５，５７は、導電性のフィラーを含んでおらず、電気絶縁性を有している。接着部材５５と接着部材５７とは、異なる樹脂からなっていてもよく、同じ樹脂からなっていてもよい。

主面４１ｂと振動板５０（主面５０ａ）との間隔Ｇ２は、主面１１ｂと振動板５０（主面５０ａ）との間隔Ｇ１よりも大きい。間隔Ｇ１は、主面１１ｂと主面５０ａとの間に位置している接着部材５５の厚みでもある。間隔Ｇ２は、主面４１ｂと主面５０ａとの間に位置している接着部材５７の厚みでもある。間隔Ｇ２は、例えば１０〜３０μｍである。間隔Ｇ１は、例えば７μｍである。

圧電素子１０と配線基板４０とは、振動板５０上で隣り合っている。配線基板４０は、第一方向Ｄ１から見て、四つの外部電極１３ａ，１３ｂ，１５ａ，１５ｂが沿って配置されている主面１１ａの一辺と隣り合っている。第一方向Ｄ１から見て、圧電素子１０と配線基板４０とは離れている。圧電素子１０と配線基板４０との間隔は、例えば、０ｍｍより大きく、１ｍｍ以下である。

第一方向Ｄ１から見て、導体４３，４５が延在している方向（上記所定の方向）と、四つの外部電極１３ａ，１３ｂ，１５ａ，１５ｂが沿って配置されている上記一辺とは、交差している。本実施形態では、導体４３，４５が延在している方向と、四つの外部電極１３ａ，１３ｂ，１５ａ，１５ｂが沿って配置されている上記一辺とは、略直交している。

図３及び図４に示されるように、一対の導体４３，４５の各主面４３ａ，４５ａの振動板５０（主面５０ａ）からの高さ位置（以下、「第一高さ位置」と称する）と、各外部電極１３．１５（各外部電極１３ａ，１３ｂ，１５ａ，１５ｂ）の振動板５０（主面５０ａ）からの高さ位置（以下、「第二高さ位置」と称する）とが異なっている。本実施形態では、第一高さ位置が、第二高さ位置よりも低い。本実施形態では、各端面４１ｃ，４３ｃ，４５ｃの全体が、接着部材５５を介して、一つの側面１１ｃと間接的に対向している。

互いに対向する側面１１ｃと端面４１ｃ，４３ｃ，４５ｃとの間には、接着部材５５が存在している。接着部材５５の表面５５ａは、主面１１ａと主面４３ａとを連結すると共に主面１１ａと主面４５ａとを連結するように、延在している。表面５５ａは、第一高さ位置と第二高さ位置との差に応じて、主面１１ａから主面４３ａ，４５ａに向けて傾斜している。

振動デバイス３は、図２〜図４に示されるように、外部電極１３ａ，１３ｂと導体４３とを電気的に接続する接続部材６１と、外部電極１５ａ，１５ｂと導体４５とを電気的に接続する接続部材６３と、を備えている。

接続部材６１は、複数の外部電極１３ａ，１３ｂと接続されている一端部６１ａと、導体４３（主面４３ａ）と接続されている他端部６１ｂとを有している。接続部材６１の他端部６１ｂは、導体４３における被覆膜４７から露出している一端部と接続されている。接続部材６１の他端部６１ｂは、主面４３ａと接している。導体４３は、接続部材６１、外部電極１３ａ，１３ｂ（外部電極１３）、複数のビア導体３１、接続導体２５、及び、複数のビア導体３５を通して内部電極２１と電気的に接続されている。

接続部材６３は、複数の外部電極１５ａ，１５ｂと接続されている一端部６３ａと、導体４５（主面４５ａ）と接続されている他端部６３ｂとを有している。接続部材６３の他端部６３ｂは、導体４５における被覆膜４７から露出している一端部と接続されている。接続部材６３の他端部６３ｂは、主面４５ａと接している。導体４５は、接続部材６３、外部電極１５ａ，１５ｂ（外部電極１５）、複数のビア導体３３を通して内部電極１９と電気的に接続されていると共に、更に、複数のビア導体３７、接続導体２７、及び、複数のビア導体３９を通して内部電極２３と電気的に接続されている。

接続部材６１，６３は、導電性樹脂からなる。導電性樹脂は、樹脂（例えば、熱硬化性樹脂）と導電性材料（例えば、金属粉末）とを含んでいる。金属粉末としては、例えばＡｇ粉末が用いられる。熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、又はポリイミド樹脂などが用いられる。接続部材６１，６３の硬度は、接着部材５５の硬度よりも小さい。

接続部材６１は、外部電極１３ａ，１３ｂと導体４３の一端部（主面４３ａ）とに接するように、接着部材５５上に配置されている。接続部材６３は、外部電極１５ａ，１５ｂと導体４５の一端部（主面４５ａ）とに接するように、接着部材５５上に配置されている。接続部材６１，６３は、接着部材５５と接している。

極性が異なる駆動電圧が、導体４３，４５を通して、外部電極１３（１３ａ，１３ｂ）と外部電極１５（１５ａ，１５ｂ）とに印加されると、内部電極２１と内部電極１９，２３との間で電界が発生する。圧電体層１７ｂにおける内部電極１９と内部電極２１とで挟まれた領域と、圧電体層１７ｃにおける内部電極２１と内部電極２３とで挟まれた領域とが、活性領域となり、当該活性領域に変位が発生する。圧電素子１０は、外部電極１３，１５に交流電圧が印加されると、印加された交流電圧の周波数に応じて伸縮を繰り返す。圧電素子１０と振動板５０とは、互いに接着されているので、振動板５０は、圧電素子１０における伸縮の繰り返しに応じて、圧電素子１０と一体に撓み振動を行う。

続いて、振動デバイス３に電圧を印加する駆動装置５について説明する。図９に示されるように、駆動装置５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５ａと、駆動電圧生成部（波形生成部）５ｂと、増幅部（出力部）５ｃと、を備えている。駆動装置５は、振動デバイス３に電圧を出力し、振動デバイス３（圧電素子１０）を駆動させる。

ＣＰＵ５ａは、駆動装置５を統括的に制御する。ＣＰＵ５ａには、振動デバイス３の駆動を指示する制御信号が入力される。ＣＰＵ５ａは、制御信号を受け取ると、制御信号に応じて、駆動電圧生成部５ｂに対して、駆動電圧の波形の生成に係る生成信号を出力する。

駆動電圧生成部５ｂは、駆動電圧を生成する。駆動電圧生成部５ｂは、波形発生回路（波形生成部）５ｄと、オフセット調整回路（波形生成部）５ｅと、を有する。

波形発生回路５ｄは、ＣＰＵ５ａから出力された生成信号に応じて、駆動電圧の波形を生成する。波形発生回路５ｄは、接地電位に対して正側と負側とに変動する交流成分を含む電圧の波形を生成する。本実施形態では、波形発生回路５ｄは、時間に対して正弦的に変化する駆動電圧の正弦波波形を生成する。波形発生回路５ｄは、任意の位相角の正弦波に位相の異なる正弦波を合成し、所定の位相角の正弦波波形を生成する。本実施形態では、波形発生回路５ｄは、初期位相が２７０度の波形を生成する。波形発生回路５ｄは、生成した波形を示す波形信号（デジタル信号）を、オフセット調整回路５ｅに出力する。

オフセット調整回路５ｅは、波形発生回路５ｄにおいて生成された正弦波波形のオフセットを調整する。オフセット調整回路５ｅは、波形発生回路５ｄから出力された波形信号を受け取ると、駆動電圧の最小値（負側の尖頭値）が０Ｖ以上となるように、正弦波波形をオフセットさせる。具体的には、オフセット調整回路５ｅは、正弦波波形の振幅に応じて、正弦波波形を正側にオフセットする。これにより、オフセット調整回路５ｅは、駆動電圧の最小値が０Ｖ以上となる正弦波波形を生成する。なお、駆動電圧生成部５ｂは、駆動電圧の最小値が０Ｖである正弦波波形を生成することが好ましい。この場合、電圧のロスを低減できる。

駆動電圧生成部５ｂは、正弦波波形に基づく駆動電圧を生成する。駆動電圧生成部５ｂは、生成した駆動電圧を示す電圧信号（アナログ信号）を増幅部５ｃに出力する。なお、駆動電圧の周波数は、振動デバイス３の圧電素子１０の形状に応じて定まる固有振動数に対応する周波数（例えば、５０Ｈｚ〜６００Ｈｚ）であることが好ましい。

図１０に、振動デバイス３に印加する駆動電圧の一例を示す。図１０では、横軸は時間［秒］を示しており、縦軸は電圧［Ｖ］を示している。なお、図１０では、増幅部５ｃの出力側における駆動電圧の正弦波波形を示している。図１０に示されるように、駆動電圧の正弦波波形は、駆動電圧の最小値が０［Ｖ］であり、且つ、初期位相が２７０度である。

増幅部５ｃは、駆動電圧生成部５ｂから出力された電圧信号を増幅する。増幅部５ｃは、増幅した電圧信号に基づく駆動電圧を振動デバイス３（導体４３，４５）に出力する。

以上説明したように、本実施形態に係る圧電駆動装置１では、駆動装置５の駆動電圧生成部５ｂは、駆動電圧の最小値が０Ｖ以上であり、且つ、初期位相が２７０度である正弦波波形を生成する。初期位相が２７０度の正弦波波形の駆動電圧は、位相が３６０度まで正側に立ち上がる。また、生成される正弦波波形の駆動電圧の最小値は０Ｖ以上である。これにより、駆動装置５から振動デバイス３に出力される駆動電圧には、負電圧の成分が含まれない。したがって、振動デバイス３には、分極電圧以上の逆電圧（振動デバイス３を駆動させるために印加する方向とは逆方向の電圧）が印加されない。その結果、圧電駆動装置１では、振動デバイス３における脱分極を抑制できる。

また、駆動装置５の駆動電圧生成部５ｂは、駆動電圧において、オフセット電圧（直流成分）を加えていない。そのため、圧電駆動装置１では、振動デバイス３に電圧が印加されるときに、オフセット電圧発生用の電流が圧電素子１０に流れない。これにより、当該電流に起因するノイズの発生を抑制できる。

本実施形態に係る圧電駆動装置１では、振動デバイス３は、圧電素体１１と、圧電素体１１内に配置された複数の内部電極１９，２１，２３と、対応する内部電極１９，２１，２３と電気的に接続された複数の外部電極１３，１５と、を有する圧電素子１０を有している。圧電素体１１は、複数の圧電体層１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄを積層することにより形成されていてもよい。圧電素体１１が複数の圧電体層１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄで形成される場合、各圧電体層１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄの厚みが小さくなり得る。圧電素子１０では、内部電極１９，２１，２３間に印加される電圧に比例して変位が得られるため、各圧電体層１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄの厚みを小さくすることで、高電圧を印加しなくとも大きな変位が得られる。一方で、各圧電体層１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄの厚みが小さい場合、分極電圧の逆電圧も低くなる。そのため、圧電素子１０において脱分極が生じ易くなり得る。これについて、圧電駆動装置１は、負電圧の成分が含まれない駆動電圧を振動デバイス３に出力するため、圧電素体１１が複数の圧電体層１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄで形成される場合において、特に有効である。

本実施形態に係る圧電駆動装置１では、振動デバイス３は、圧電素子１０に接着されている振動板５０を有していてもよい。この構成では、振動板５０によって、圧電素子１０の振動を増幅させることができる。そのため、振動板５０を備える振動デバイス３では、駆動電圧を低くした場合であっても、振動板を備えていない振動デバイスと同等の振動を得ることが可能となる。このように、振動板５０を備える振動デバイス３では、得られる振動を確保しつつ、圧電素子１０に印加する駆動電圧を低くすることができる。この場合、分極電圧の逆電圧も低くなるため、圧電素子１０において脱分極が生じ易くなり得る。これについて、圧電駆動装置１は、負電圧の成分が含まれない駆動電圧を振動デバイス３に出力するため、振動デバイス３が振動板５０を有する場合において、特に有効である。

以上、本発明の実施形態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。

上記実施形態では、駆動電圧生成部５ｂにおいて、正弦波波形の駆動電圧を生成する形態を一例に説明した。しかし、駆動電圧生成部は、時間に対して余弦的に変化する余弦波波形の駆動電圧を生成してもよい。この場合、駆動電圧生成部は、駆動電圧の最小値が０Ｖ以上となり、且つ、初期位相が１８０度である余弦波波形を生成する。

この構成においては、駆動電圧生成部は、電圧の最小値が０Ｖ以上であり、且つ、初期位相が１８０度である余弦波波形を生成する。初期位相が１８０度の余弦波波形の駆動電圧は、位相が２７０度まで正側に立ち上がる。また、生成される余弦波波形の駆動電圧の最小値は０Ｖ以上である。これにより、駆動装置から振動デバイスに出力される駆動電圧には、負電圧の成分が含まれない。したがって、振動デバイスには、分極電圧以上の逆電圧が印加されない。その結果、圧電駆動装置では、振動デバイスにおける脱分極を抑制できる。

上記実施形態では、駆動装置５が、ＣＰＵ５ａと、駆動電圧生成部５ｂと、増幅部５ｃと、を備えている形態を一例に説明した。しかし、駆動装置は、駆動電圧の最小値が０Ｖ以上となり、且つ、初期位相が２７０度である正弦波波形（初期位相が１８０度である余弦波波形）を生成する構成であれば、特に限定されない。

上記実施形態では、図２〜図８に示される振動デバイス３を一例に説明した。しかし、振動デバイスは、上記構成に限定されない。例えば、圧電素子１０が備える内部電極の数、圧電体層１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄの数、外部電極１３，１５（１３ａ，１３ｂ，１５ａ，１５ｂ）の数は、上述した実施形態で開示した数に限られない。また、振動板５０は、電子機器などの筐体であってもよい。振動板５０は、電子機器などの筐体とは別の部材であってもよい。この場合、振動板５０は、面接着によって筐体に装着されてもよい。なお、振動デバイス３は、振動板５０を有していなくてもよい。

１…圧電駆動装置、３…振動デバイス、５…駆動装置、５ｂ…駆動電圧生成部、５ｃ…増幅部、５ｄ…波形発生回路、５ｅ…オフセット調整回路、１０…圧電素子、１３，１５…外部電極、１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ…圧電体層、１９，２１，２３…内部電極、５０…振動板。

Claims

振動デバイスと、
前記振動デバイスに駆動電圧を印加する駆動装置を、を備え、
前記振動デバイスは、
互いに対向する一対の主面を有している圧電素体と、前記圧電素体内に配置された複数の内部電極と、対応する前記内部電極と電気的に接続された複数の外部電極と、を有する圧電素子と、
金属からなり、前記圧電素子に接着されている振動板と、を有し、
前記圧電素体は、複数の圧電体層を積層することにより形成されており、
複数の前記外部電極は、前記圧電素体の一方の前記主面に配置されており、
前記振動板は、前記圧電素体の他方の前記主面に接着されており、
前記駆動装置は、
時間に対して正弦的に変化する前記駆動電圧の正弦波波形を生成する波形生成部と、
前記波形生成部において生成された前記正弦波波形に基づく前記駆動電圧を前記振動デバイスに出力する出力部と、を有し、
前記波形生成部は、前記駆動電圧の最小値が０Ｖ以上となり、且つ、初期位相が２７０度である前記正弦波波形を生成し、
前記駆動電圧の周波数は５０Ｈｚ〜６００Ｈｚである、圧電駆動装置。
振動デバイスと、
前記振動デバイスに駆動電圧を印加する駆動装置を、を備え、
前記振動デバイスは、
互いに対向する一対の主面を有している圧電素体と、前記圧電素体内に配置された複数の内部電極と、対応する前記内部電極と電気的に接続された複数の外部電極と、を有する圧電素子と、
金属からなり、前記圧電素子に接着されている振動板と、を有し、
前記圧電素体は、複数の圧電体層を積層することにより形成されており、
複数の前記外部電極は、前記圧電素体の一方の前記主面に配置されており、
前記振動板は、前記圧電素体の他方の前記主面に接着されており、
前記駆動装置は、
時間に対して余弦的に変化する前記駆動電圧の余弦波波形を生成する波形生成部と、
前記波形生成部において生成された前記余弦波波形に基づく前記駆動電圧を前記振動デバイスに出力する出力部と、を有し、
前記波形生成部は、前記駆動電圧の最小値が０Ｖ以上となり、且つ、初期位相が１８０度である前記余弦波波形を生成し、
前記駆動電圧の周波数は５０Ｈｚ〜６００Ｈｚである、圧電駆動装置。