JP7375617B2 - 圧電デバイス - Google Patents
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しかしながら、ケースが金属からなる場合、以下の事象が生じるおそれがある。外部から加わる衝撃が、圧電素子に伝わりやすいので、圧電素子が物理的なダメージを受けるおそれがある。
しかしながら、ケースが樹脂からなる場合、以下の事象が生じるおそれがある。ケースが樹脂からなる場合、圧電素子とケースとは、撓み振動モードで振動しがたい。したがって、送受信特性を確保するためには、圧電素子とケースとの振動に、撓み振動モードと厚み縦振動モードとの共振振動を利用する必要がある。撓み振動モードと厚み縦振動モードとの共振振動を適切に利用するためには、ケースの厚みを大きくする必要がある。たとえば、ケースの厚みは、圧電素子の厚みの10倍以上に設定される。ケースの厚みが大きいほど、ケースの音響インピーダンスが増加し、送受信特性が劣化するおそれがある。
圧電素子が、振動板に接合されているので、圧電素子、振動板、及びケースは、主として、撓み振動モードで振動する。したがって、上記一つの態様は、送受信特性を劣化させがたい。
圧電素体の厚みと底壁の厚みとの比率が、1:1~1:5の範囲内である構成では、外部からの衝撃が圧電素子に確実に伝わりがたく、かつ、送受信特性がより一層劣化しがたい。
物理的な外力が圧電デバイスに作用する場合、基板が収容空間内で移動するおそれがある。基板が収容空間内で移動する場合、基板と圧電素子との間隔が変化し、圧電素子と基板との電気的な接続が断たれるおそれがある。この場合、圧電デバイスでは、電気的な接続の信頼性が低下する。
基板が枠体に支持されている構成では、物理的な外力が圧電デバイスに作用する場合でも、基板が収容空間内で移動しがたく、基板と圧電素子との間隔が変化しがたい。この場合、圧電素子と基板との電気的な接続が断たれることなく、維持される。したがって、本構成は、電気的な接続の信頼性が低下するのを抑制する。
枠体が樹脂からなる構成では、環境温度が変化する場合でも、ケースと枠体との熱収縮差が小さく、熱収縮差に起因する応力が生じがたい。したがって、本構成では、熱履歴による特性劣化が生じがたい。たとえば、本構成は、耐熱衝撃性の低下を抑制する。
たとえば、ケースが金属からなると共に、枠体が樹脂からなる場合では、ケースと枠体との音響インピーダンス差が大きい。この場合、ケースと枠体との界面での音響インピーダンス差により、超音波が反射して、残響が生じるおそれがある。
ケースと枠体とが樹脂からなる構成では、ケースと枠体との音響インピーダンス差が小さくなる傾向がある。したがって、本構成では、残響が生じがたい。
蓋材が収容空間を封止する構成では、収容空間内に水分及び異物が侵入しがたい。したがって、本構成は、信頼性の低下を抑制する。
ケースと枠体と蓋材との熱収縮差が小さく、熱収縮差に起因する応力が生じがたい。圧電デバイスが蓋材を備える場合でも、熱履歴による特性劣化が生じがたい。
ケースと枠体と蓋材とが樹脂からなる構成では、ケースと枠体と蓋材との音響インピーダンス差が小さくなる傾向がある。したがって、本構成では、残響が生じがたい。
圧縮されている緩衝材60の断面写真が取得される。断面写真は、緩衝材60を緩衝材60の圧縮方向に沿う平面で切断したときの断面を撮影した写真である。取得した断面写真が、ソフトウェアにより画像処理される。この画像処理により、各気泡63の境界が判別される。各気泡63の境界が判別された後、断面写真内に含まれる、すべての気泡63の最大長さLa及び最大長さLbが求められる。各気泡63の最大長さLaと最大長さLbとの比率(Lb/La)が算出された後、比率(Lb/La)の平均値が算出される。算出された平均値が、平均アスペクト比である。
圧電素子20が、振動板17に接合されているので、圧電素子20、振動板17、及びケース10(底壁11)は、主として、撓み振動モードで振動する。したがって、圧電デバイス1は、送受信特性を劣化させがたい。
たとえば、ケース10が金属からなると共に、枠体50が樹脂からなる場合では、ケース10と枠体50との音響インピーダンス差が大きい。この場合、ケース10と枠体50との界面での音響インピーダンス差により、超音波が反射して、残響が生じるおそれがある。
ケース10と枠体50とが樹脂からなる構成では、ケース10と枠体50との音響インピーダンス差が小さくなる傾向がある。したがって、圧電デバイス1では、残響が生じがたい。
ケース10と枠体50と蓋材70との熱収縮差が小さく、熱収縮差に起因する応力が生じがたい。圧電デバイス1が蓋材70を備える場合でも、熱履歴による特性劣化が生じがたい。
ケース10と枠体50と蓋材70とが樹脂からなる構成では、ケース10と枠体50と蓋材70との音響インピーダンス差が小さくなる傾向がある。したがって、圧電デバイス1では、残響が生じがたい。
枠体50が枠壁51を有している圧電デバイス1では、枠壁51が、圧電素子20を囲むように位置しているので、枠体50が圧電素子20の振動を阻害しがたい。したがって、圧電デバイス1は、振動特性を低下させがたい。
枠壁51の外側表面と側壁13の内側表面とが接していない構成では、物理的な外力が圧電デバイスに作用する場合、枠壁51の外側表面と側壁13の内側表面とが接してしまうおそれがある。枠壁51の外側表面と側壁13の内側表面とが接していない構成と、枠壁51の外側表面と側壁13の内側表面とが接している構成とでは、圧電デバイスの共振周波数が異なる。したがって、枠壁51の外側表面と側壁13の内側表面とが接していない構成では、物理的な外力が圧電デバイスに作用する場合、圧電デバイスの共振周波数が変化するおそれがある。
圧電デバイス1では、枠壁51の外側表面と側壁13の内側表面とが接している。したがって、物理的な外力が圧電デバイス1に作用する場合でも、圧電デバイス1は、枠壁51の外側表面と側壁13の内側表面とが接している状態を維持する。したがって、圧電デバイス1は、共振周波数を変化させがたい。
物理的な外力が圧電デバイス1に作用する場合でも、圧電デバイス1は、枠壁51の外側表面と側壁13の内側表面とが接している状態を確実に維持する。
緩衝材60は、圧電素子20に向けて圧縮されている。緩衝材60が圧電素子20に向けて圧縮されている構成では、緩衝材60が圧縮されていない構成に比して、気泡63の単位容積当たりの数が大きい傾向があると共に、気泡63が、圧電素子20に向かう方向に対して扁平である形状を呈する傾向がある。したがって、緩衝材60(気泡構造体61)に含まれている気泡63が、超音波成分をより一層散乱させる。この結果、圧電デバイス1では、緩衝材60が圧縮されていない構成に比して、気泡63による超音波成分の散乱減衰が大きい。圧電デバイス1は、超音波成分の残響をより一層低減する。
振動板17及び底面12は、短径に沿う方向に比して、長径に沿う方向に撓みやすい。したがって、長径に沿う方向が主である撓み振動モードでの振動は、変位が得られやすい。
圧電素体21では、側面21c寄りの領域が、圧電的に活性な領域になりがたい。圧電素子20が、側面21cが短径の方向に沿うように、配置されている構成では、側面21c寄りの領域が、長径に沿う方向が主である撓み振動モードでの振動を阻害するおそれがある。これに対し、圧電デバイス1では、長径に沿う方向が主である撓み振動モードでの振動を阻害しがたい。
これらの結果、圧電デバイス1は、振動特性をより一層向上する。この場合、圧電デバイス1は、送受信特性をより一層向上する。
接続部材41が電極23に物理的に接続されている構成では、接続部材41が、圧電素子20とケース10との振動を阻害するおそれがある。同様に、接続部材43も、圧電素子20とケース10との振動を阻害するおそれがある。しかしながら、接続部材41と接続部材43とが、長径の方向と交差する方向で対向するように配置されている構成では、接続部材41,43は、長径に沿う方向が主である撓み振動モードでの振動を阻害しがたい。したがって、圧電デバイス1は、振動特性をより一層向上する。
上述したように、接続部材41,43は、圧電素子20とケース10との振動を阻害するおそれがある。しかしながら、接続部材41と接続部材43とが、接続部材41,43の各幅方向が長径の方向に沿うように、配置されている構成では、接続部材41,43は、長径に沿う方向が主である撓み振動モードでの振動を阻害しがたい。したがって、圧電デバイス1は、振動特性をより一層向上する。
電極23,25の各厚みが1.5μm以下である構成では、電極23,25の各厚みが1.5μmより大きい構成に比して、電極23,25が、圧電素子20(圧電素体21)の変位を阻害しがたい。したがって、圧電デバイス1は、振動特性をより一層向上する。
緩衝材60の表面に存在している複数の窪み65が、樹脂67で埋められている。したがって、超音波成分は、複数の窪み65の各表面と樹脂67との界面で乱反射する。超音波成分は、乱反射によっても減衰する。
これらの結果、圧電デバイス1では、超音波成分の散乱減衰が大きい。圧電デバイス1は、超音波成分の残響をより一層低減する。
蓋材70は、樹脂からなっていなくてもよい。蓋材70は、樹脂からなる構成では、上述したように、熱履歴による特性劣化が生じがたく、また、残響が生じがたい。
枠壁51の外側表面と側壁13の内側表面とは、接していなくてもよい。枠壁51の外側表面と側壁13の内側表面とは接している構成では、上述したように、圧電デバイス1が、共振周波数を変化させがたい。
枠体50は、側壁13の内側に圧入されていなくてもよい。枠体50は、側壁13の内側に圧入されている構成では、上述したように、圧電デバイス1が、枠壁51の外側表面と側壁13の内側表面とが接している状態を確実に維持する。
枠体50は、接続部材41,43を位置決めするガイド部を有していなくてもよい。枠体50が、接続部材41,43を位置決めするガイド部を有している構成では、上述したように、枠体50が、基板30と接続部材41,43との電気的な接続を確実に維持する。
枠体50は、基板30を位置決めするガイド部を有していなくてもよい。枠体50が、基板30を位置決めするガイド部を有している構成では、上述したように、基板30が収容空間S1内でより一層移動しがたい。
接続部材41は、部分41aと部分41bとを有していなくてもよく、接続部材43は、部分43aと部分43bとを有していなくてもよい。接続部材41が、部分41aと部分41bとを有していると共に、接続部材43が、部分43aと部分43bとを有している構成では、上述したように、圧電デバイス1は、基板30と接続部材41,43との電気的な接続を確実に維持し、電気的な接続の信頼性が低下するのをより一層抑制する。
緩衝材60は、圧電素子20に向けて圧縮されていなくてもよい。緩衝材60が、圧電素子20に向けて圧縮されている構成では、上述したように、圧電デバイス1が、超音波成分の残響をより一層低減する。
緩衝材60は、基板30によって圧電素子20に向けて圧縮されていなくてもよい。緩衝材60が、基板30によって圧電素子20に向けて圧縮されている構成では、上述したように、圧電デバイス1が、緩衝材60が圧電素子20に向けて圧縮された状態で圧電素子20上に配置されている構成を簡易かつ確実に実現する。
接続部材41,43は、緩衝材60と接していなくてもよい。接続部材41,43が、緩衝材60と接している構成では、上述したように、圧電デバイス1が、接続部材41,43の微小振動が要因である残響振動を生じさせがたい。
気泡63の平均アスペクト比は、1.3~2.5でなくてもよい。気泡63の平均アスペクト比が、1.3~2.5である構成では、上述したように、圧電デバイス1が、超音波成分の残響をより一層確実に低減する。
接続部材41,43は、長径の方向と交差する方向で対向するように配置されていなくてもよい。たとえば、接続部材41,43は、長径の方向で対向するように配置されていてもよい。接続部材41,43が、長径の方向と交差する方向で対向するように配置されている構成では、上述したように、圧電デバイス1が、振動特性をより一層向上する。
接続部材41,43は、接続部材41,43の幅方向が長径の方向に沿うように、配置されていなくてもよい。たとえば、接続部材41,43は、接続部材41,43の幅方向が短径の方向に沿うように、配置されていてもよい。接続部材41,43が、接続部材41,43の幅方向が長径の方向に沿うように、配置されている構成では、上述したように、圧電デバイス1が、振動特性をより一層向上する。
接続部材41は、側面21c寄りに配置されていなくてもよい。接続部材43は、側面21cと対向している側面21d寄りに配置されていなくてもよい。たとえば、接続部材41,43は、側面21c寄りに配置されていてもよく、接続部材41,43は、側面21cと対向している側面21d寄りに配置されていてもよい。接続部材41が、側面21c寄りに配置されていなくていると共に、接続部材43が、側面21cと対向している側面21d寄りに配置されている構成では、上述したように、圧電デバイス1が、接続部材41と接続部材43との短絡を防ぐ。
電極23,25の各厚みは、1.5μm以下でなくてもよい。電極23,25の各厚みが1.5μm以下である構成では、上述したように、圧電デバイス1が、振動特性をより一層向上する。
基板30と樹脂67との接合界面は、緩衝材60の表面と樹脂67との接合界面より平滑でなくてもよい。基板30と樹脂67との接合界面が、緩衝材60の表面と樹脂67との接合界面より平滑である構成では、上述したように、圧電デバイス1は、超音波成分の残響を効率よくかつ安定して低減する。
緩衝材60は、独立気泡構造体でなくてもよい。緩衝材60は、独立気泡構造体である構成では、上述したように、圧電デバイス1は、複数の気泡63が内部に存在している共に、複数の気泡63と連通していない複数の窪み65が表面に存在している緩衝材60を簡易かつ確実に実現する。
圧電素子20は、圧電素体21内に配置される一つ又は複数の内部電極を有していてもよい。この場合、圧電素体21は複数の圧電体層を有していてもよく、内部電極と圧電体層とが交互に配置されていてもよい。
Claims (4)
- 樹脂からなり、収容空間を画成するケースと、
前記収容空間内に配置されている圧電素子と、
前記ケースと前記圧電素子との間に配置されており、圧電素子が接合されている振動板と、
前記収容空間内に前記圧電素子と離間して配置されており、前記圧電素子と電気的に接続されている基板と、
前記収容空間内に配置されており、前記基板を支持している枠体と、を備えている、圧電デバイス。 - 前記ケースは、前記収容空間を画成している、底壁と、前記底壁と交差する方向に延在している側壁とを有し、
前記圧電素子が、圧電素体を有し、
前記振動板と前記圧電素子とが、前記底壁上に配置されており、
前記圧電素体の厚みと前記底壁の厚みとの比率が、1:1~1:5の範囲内である、請求項1に記載の圧電デバイス。 - 前記枠体が、樹脂からなる、請求項1又は2に記載の圧電デバイス。
- 樹脂からなり、前記収容空間を封止する蓋材を更に備えている、請求項1~3のいずれか一項に記載の圧電デバイス。
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