JPWO2013051328A1 - 圧電振動装置およびそれを用いた携帯端末 - Google Patents
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Abstract
【課題】 薄型化および強い振動を発生させることが可能な圧電振動装置およびそれを用いた携帯端末を提供する。
【解決手段】 支持体１１と、支持体１１に振動可能に取り付けられた振動板１２と、屈曲振動することが可能な振動素子１４と、振動素子１４の屈曲する表面である第１の表面と振動板１２の一方主面との間に介在して、振動素子１４の第１の表面と振動板１２の一方主面とを接合する、変形可能な第１の接合部材１３を少なくとも有している圧電振動装置およびそれを用いた携帯端末とする。薄型化および強い振動を発生させることが可能な圧電振動装置および携帯端末を得ることができる。
【選択図】 図１
【解決手段】 支持体１１と、支持体１１に振動可能に取り付けられた振動板１２と、屈曲振動することが可能な振動素子１４と、振動素子１４の屈曲する表面である第１の表面と振動板１２の一方主面との間に介在して、振動素子１４の第１の表面と振動板１２の一方主面とを接合する、変形可能な第１の接合部材１３を少なくとも有している圧電振動装置およびそれを用いた携帯端末とする。薄型化および強い振動を発生させることが可能な圧電振動装置および携帯端末を得ることができる。
【選択図】 図１
Description
本発明は、圧電振動装置およびそれを用いた携帯端末に関するものである。
従来、板状の圧電バイモルフ素子と振動板とを間隔を開けて配置するとともに、圧電バイモルフ素子の長さ方向における一端を振動板に固定した圧電振動装置が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
しかしながら、上述した従来の圧電振動装置は、衝撃が加わったときにも圧電バイモルフ素子と振動板とが接触しないように、圧電バイモルフ素子と振動板との間に充分な間隔を開ける必要があるため、薄型化が困難であるという問題があった。また、振動板の一方主面に圧電素子の一方主面を固定して、圧電素子を伸縮振動させることによって、圧電素子と振動板との接合体を屈曲振動させる圧電振動装置も知られているが、そのような圧電振動装置では強い振動を得ることが難しいという問題があった。
本発明はこのような従来の技術における問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、薄型化および強い振動を発生させることが可能な圧電振動装置およびそれを用いた携帯端末を提供することにある。
本発明の圧電振動装置は、支持体と、該支持体に振動可能に取り付けられた振動板と、屈曲振動することが可能な振動素子と、該振動素子の屈曲する表面である第１の表面と前記振動板の一方主面との間に介在して、前記振動素子の前記第１の表面と前記振動板の前記一方主面とを接合する、変形可能な第１の接合部材とを少なくとも有していることを特徴とするものである。
本発明の携帯端末は、電子回路と、ディスプレーと、前記圧電振動装置と、筐体とを少なくとも有しており、前記振動板が前記ディスプレーまたは前記ディスプレーの一部または前記ディスプレーのカバーであり、前記筐体に前記支持体が固定されているか、または前記筐体の少なくとも一部が前記支持体であることを特徴とするものである。
本発明の圧電振動装置によれば、薄型化および強い振動を発生させることが可能な圧電振動装置を得ることができる。
本発明の携帯端末によれば、薄型化が可能な携帯端末を得ることができる。
本発明の携帯端末によれば、薄型化が可能な携帯端末を得ることができる。
以下、本発明の圧電振動装置および携帯端末を添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態の例である圧電振動装置および携帯端末を模式的に示す斜視図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ’線断面図である。図３は、図１におけるＢ−Ｂ’線断面図である。
本例の圧電振動装置は、図１〜３に示すように、支持体１１と、振動板１２と、第１の接合部材１３と、振動素子１４と、第２の接合部材１６とを備えている。また、本例の携帯端末は、圧電振動装置に加えて、ディスプレー１８と、電子回路（図示せず）とを備えており、圧電振動装置の支持体１１が携帯端末における筐体１９として機能しており、圧電振動装置の振動板１２が携帯端末におけるディスプレー１８のカバーとして機能している。
支持体１１は、１つの面が開口した箱状の形状を有している。支持体１１は、剛性および弾性が大きい合成樹脂等の材料を好適に用いて形成することができる。そして、支持体１１は、圧電振動装置において、振動板１２を振動可能に支持する支持体として機能するとともに、携帯端末において筐体１９として機能している。
振動板１２は、薄板状の形状を有している。振動板１２は、アクリル樹脂やガラス等の剛性および弾性が大きい材料を好適に用いて形成することができる。また、振動板１２は、一方主面の周囲のみが第２の接合部材１６を介して支持体１１に固定されており、振動可能に支持体１１に取り付けられている。振動板１２の厚みは、例えば、０．４ｍｍ〜１．５ｍｍ程度に設定される。
第１の接合部材１３は、フィルム状の形状を有している。また、第１の接合部材１３は、振動板１２よりも柔らかく変形しやすいもので形成されており、振動板１２よりもヤング率，剛性率，体積弾性率等の弾性率や剛性が小さい。すなわち、第１の接合部材１３は、変形可能であり、同じ力が加わったときに、振動板１２よりも大きく変形する。また、第１の接合部材１３は、振動板１２の一方主面の一部に一方主面が全体的に固定されているとともに、他方主面に振動素子１４の一方主面が全体的に固定されている。すなわち、第１の接合部材１３を介して振動板１２と振動素子１４とが接合されている。なお、第１の接合部材１３は、単一のものであっても、いくつかの部材からなる複合体であっても構わない。このような第１の接合部材１３としては、例えば、弾性を有する接着剤である各種弾性接着剤等を好適に用いることができる。
また、第１の接合部材１３として、粘弾性体である粘着材と不織布とで構成された基材、より詳細には、不織布に粘着材が含浸されて構成された基材、すなわち、不織布の繊維の間に粘着剤（粘弾性体）が入り込んだ構成を有する基材の両側に、粘着材で構成された粘着層が配置されたものを用いることが望ましい。そして、基材の厚み方向（基材の両側に配置された２層の粘着層の一方から他方へ向かう方向）の全体に渡って、少なくとも一部が粘着材（粘弾性体）で構成されていることが望ましい。すなわち、第１の接合部材１３の厚み方向（振動素子１４および振動板１２の一方から他方へ向かう方向であり、基材の厚み方向に同じ）の全体に渡って、少なくとも一部が粘弾性体で構成されることが望ましい。これにより、振動板１２，振動素子１４の間に働く熱応力を緩和するとともに、振動素子１４の振動を振動板１２へ良好に伝達することができる。
すなわち、早い動きに対しては弾性が強くなり遅い動きに対しては粘性が強くなる粘弾性体の性質により、振動板１２および振動素子１４と第１の接合部材１３との間に働く熱応力（温度変化によって熱膨張係数の異なる２つの物体の間に働く応力）を粘弾性体の変形により緩和できるとともに、非常に短い時間で変位方向が逆転する振動素子１４の振動は、減衰させずに振動板１２に伝達することができる。これにより、強い振動を発生させることが可能であるとともに破損しにくい圧電振動装置を得ることができる。第１の接合部材１３の厚み方向の全体に渡って、少なくとも一部が粘弾性体で構成されていることにより、この効果を高めることができる。
また、振動素子１４が単独で屈曲振動するものであることが重要である。これにより、振動素子１４が伸縮振動する場合と比較して、不織布による振動の減衰を小さくすることができる。また、振動素子１４および振動板１２の厚みを等しく（実質的に等しく）して、振動素子１４，振動板１２および第１の接合部材１３で構成される複合体の振動方向の中央部に第１の接合部材１３が位置するようにするのが望ましい。これにより、第１の接合部材１３による振動の減衰を低減することができる。さらに、２層の粘着層の厚みを等しくして、振動素子１４，振動板１２および第１の接合部材１３で構成される複合体の振動方向の中央部に基材が位置するようにするのが望ましい。これにより、基材（それを構成する不織布）による振動の減衰を低減することができる。
振動素子１４は、板状であり、第１の接合部材１３の他方主面に一方主面が全体的に接合されている。また、振動素子１４は、図４に示すように、積層体２０と、表面電極３１，３２，３３と、第１の接続電極４１と、第２の接続電極４２と、第３の接続電極（図示せず）とを有している。図４は、振動素子１４を模式的に示す斜視図である。
積層体２０は、分極された複数層の圧電体層２４と、図５に示す複数の内部電極２１，２２，２３とが、振動素子１４の厚み方向に積層されて構成されている。すなわち、振動素子１４は、積層体２０の積層方向における一方の端面が、全体的に第１の接合部材１３の他方主面に接合されている。すなわち、振動素子１４は、積層体２０の積層方向における一方の端面（一方主面）が、第１の接合部材１３を介して振動板１２の一方主面に全体的に接合されて固定されている。
図５の（ａ）〜（ｄ）は、振動素子１４が有する表面電極３１，３２，３３および内部電極２１，２２，２３を模式的に示す平面図である。積層体２０の両主面の各々には、図５（ａ）に示すように、表面電極３１，３２，３３が配置されている。また、積層体２０の内部には、図５（ｂ）に示す内部電極２１と、図５（ｃ）に示す内部電極２２と、図５（ｄ）に示す内部電極２３とが、それぞれ複数配置されている。
内部電極２１は、図５に示すように、積層体２０の側面と間隔を開けて圧電体層２４の略全面に渡って形成された矩形状の本体部２１ａの長さ方向の一方端に、一方端が積層体２０の側面に露出した矩形状の引き出し部２１ｂを接続した構造を有している。なお、引き出し部２１ｂの一方端は、積層体２０の長さ方向における一方端において積層体２０の側面に露出している。
内部電極２２は、図５に示すように、積層体２０の側面と間隔を開けて圧電体層２４の略全面に渡って形成された矩形状の本体部２２ａの長さ方向の一方端に、一方端が積層体２０の側面に露出した矩形状の引き出し部２２ｂを接続した構造を有している。なお、引き出し部２２ｂの一方端は、積層体２０の長さ方向における一方端において積層体２０の側面に露出している。
内部電極２３は、図５に示すように、圧電体層２４の略全面に渡って形成された矩形状の形状を有している。また、内部電極２３は、長さ方向の一方端のみが積層体２０の側面に露出しており、他は、積層体２０の側面と間隔を開けて形成されている。なお、内部電極２３の一方端は、積層体２０の長さ方向における他方端において積層体２０の側面に露出している。なお、引き出し部２１ｂと引き出し部２２ｂとは、積層体２０の厚み方向（積層方向）において重ならないように、積層体２０の幅方向に間隔を開けて配置されている。
表面電極３３は、図５に示すように、矩形状の形状を有している。また、表面電極３３は、長さ方向の一方端のみが積層体２０の側面に露出しており、他は、積層体２０の側面と間隔を開けて形成されている。なお、表面電極３３は、積層体２０の長さ方向における８０％以上の領域に渡って形成されている。また、表面電極３３の一方端は、積層体２０の長さ方向における他方端において積層体２０の側面に露出している。
積層体２０の長さ方向における一方端と、表面電極３３の長さ方向における他方端との間には、積層体２０の幅方向に間隔を開けて、表面電極３１および表面電極３２が配置されている。表面電極３１および表面電極３２は、矩形状であり、長さ方向の一方端が、積層体２０の長さ方向の一方端において積層体２０の側面に露出している。また、表面電極３１および表面電極３２は、長さ方向の他方端と表面電極３３との間に間隔を有しているとともに、積層体２０の幅方向において、積層体２０の側面とも間隔を開けて配置されている。
また、積層体２０は、積層方向において、内部電極２１，２２，２３と圧電体層２４とが交互に配置されている。図６は、振動素子１４における表面電極３３および内部電極２１，２２，２３の配置と、表面電極３３および内部電極２１，２２，２３の間に配置された圧電体層２４における分極方向を模式的に示す図である。図６に示すように、内部電極２１または内部電極２２と、表面電極３３または内部電極２３とが、積層体２０の積層方向において交互に配置されている。また、積層体２０の積層方向における一方側では、内部電極２１と内部電極２３または表面電極３３とが交互に配置されており、積層体２０の積層方向における他方側では、内部電極２２と内部電極２３または表面電極３３とが交互に配置されている。すなわち、圧電振動素子１４は、表面電極３３および内部電極２１，２２，２３からなる複数の電極層（扁平電極）と、複数の圧電体層２４とが交互に積層された構成を有している。
複数の内部電極２１は、積層体２０の長さ方向の一方端部において、積層体２０の側面に露出した引き出し部２１ｂの端部同士が、第１の接続電極４１によって相互に接続されている。さらに複数の内部電極２１は、第１の接続電極４１を介して、積層体２０の両主面にそれぞれ配置された表面電極３１に接続されている。
また、複数の内部電極２２は、積層体２０の長さ方向の一方端部において、積層体２０の側面に露出した引き出し部２２ｂの端部同士が、第２の接続電極４２によって相互に接続されている。さらに複数の内部電極２２は、第２の接続電極４２を介して、積層体２０の両主面にそれぞれ配置された表面電極３２に接続されている。
そして、複数の内部電極２３は、積層体２０の長さ方向の他方端部において、積層体２０の側面に露出した端部同士が、第３の接続電極（図示せず）によって相互に接続されている。さらに複数の内部電極２３は、第３の接続電極（図示せず）を介して、積層体２０の両主面にそれぞれ配置された表面電極３３に接続されている。このようにして、表面電極３１，３２，３３は、振動素子１４における端子電極として機能している。表面電極３１，３２，３３の全てが積層体２０の両主面にそれぞれ配置されていることにより、圧電体層２４の分極を行うときの電圧の印加および振動素子１４を振動させるときの電圧の印加を、振動素子１４（積層体２０）のどちらか一方の主面のみで行うことができる。
また、内部電極２１，２２，２３の間に配置された圧電体層２４は、図６の矢印で示す向きに分極されている。例えば、表面電極３３に対して、表面電極３１の電位が高く、表面電極３２の電位が低くなるように、表面電極３１，３２，３３に直流電圧を加えることによって、このように分極することができる。そして、振動素子１４を振動させるときには、表面電極３１および表面電極３２が同電位となり、表面電極３３との間に電位差が生じるように、表面電極３１，３２，３３に交流電圧を加える。これにより、振動素子１４は、ある瞬間に加えられる電界の向きに対する分極の向きが、振動素子１４の厚み方向における一方側半分と他方側半分とで逆転するようにされている。
すなわち、例えば、電気信号が加えられて、ある瞬間に、振動素子１４の厚み方向における一方側半分が、振動素子１４の長さ方向において伸びるときには、振動素子１４の厚み方向における他方側半分が、振動素子１４の長さ方向において縮むようにされている。これにより、振動素子１４は、電気信号が加えられることによって、単独で屈曲振動することができる。このように、振動素子１４は、バイモルフ構造を有する圧電体（圧電バイモルフ素子）で構成されている。
なお、振動素子１４は、一方主面および他方主面が屈曲するように屈曲振動する。したがって、第１の接合部材１３は、振動素子１４の屈曲する表面である第１の表面（一方主面）と振動板１２の一方主面との間に介在して、振動素子１４の第１の表面と振動板１２の一方主面とを接合している。すなわち、第１の接合部材１３は、振動素子１４の第１の表面を全体的に振動板１２に固定している。なお、全体的に固定（接合）された状態とは、振動素子１４の第１の表面（一方主面）の全面が固定（接合）された状態と、略全面が固定（接合）された状態とを含むものである。また、第１の接合部材１３の厚みは、振動素子１４の屈曲振動の振幅よりも大きくなるように設定されるとともに、厚くなりすぎて振動が減衰されすぎないように設定されており、例えば、０．１ｍｍ〜０．６ｍｍ程度に設定される。
積層体２０は、例えば、略直方体状の形状とするのが望ましい。積層体２０の長さは、例えば、１８ｍｍ〜２８ｍｍ程度が望ましく、２２ｍｍ〜２５ｍｍ程度が更に望ましい。積層体２０の幅は、例えば、１ｍｍ〜６ｍｍ程度が望ましく、３ｍｍ〜４ｍｍ程度が更に望ましい。積層体２０の厚みは、例えば、０．２ｍｍ〜１．０ｍｍ程度が望ましく、０．４ｍｍ〜０．８ｍｍ程度が更に望ましい。また、内部電極２１の本体部２１ａおよび内部電極２２の本体部２２ａの長さは、例えば、１７ｍｍ〜２５ｍｍ程度が望ましく、２１ｍｍ〜２４ｍｍ程度が更に望ましい。内部電極２３の長さは、例えば、１９ｍｍ〜２７ｍｍ程度が望ましく、２２ｍｍ〜２４ｍｍ程度が更に望ましい。表面電極３３の長さは、例えば、１７ｍｍ〜２３ｍｍ程度が望ましく、１９ｍｍ〜２１ｍｍ程度が更に望ましい。内部電極２１の本体部２１ａ，内部電極２２の本体部２２ａ，内部電極２３および表面電極３１の幅は、例えば、１ｍｍ〜５ｍｍ程度が望ましく、２ｍｍ〜４ｍｍ程度が更に望ましい。表面電極３１および表面電極３２の長さは、例えば、１ｍｍ〜３ｍｍとするのが望ましい。表面電極３１および表面電極３２の幅は、例えば、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍとするのが望ましい。このような形状を有する積層体２０を用いることにより、強い振動を発生することが可能な小型の振動素子１４を得ることができる。
積層体２０を構成する圧電体層２４は、例えば、ジルコン酸鉛（ＰＺ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、Ｂｉ層状化合物、タングステンブロンズ構造化合物等の非鉛系圧電体材料等を好適に用いて形成することができるが、他の圧電材料を用いても構わない。圧電体層２４の１層の厚みは、低電圧で駆動させるために、例えば、０．０１〜０．１ｍｍ程度に設定することが望ましい。また、大きな屈曲振動を得るために、２００ｐｍ／Ｖ以上の圧電ｄ３１定数を有することが望ましい。振動素子１４を構成する内部電極２１，２２，２３は、例えば、銀や銀とパラジウムとの合金等の金属成分に加えて、セラミック成分やガラス成分を含有させたものを好適に用いて形成することができるが、他の既知の金属材料を用いて形成しても構わない。
このような振動素子１４は、例えば次のような方法によって作製することができる。まず、圧電材料の粉末にバインダー、分散剤、可塑剤、溶剤を添加して掻き混ぜて、スラリーを作製し、得られたスラリーをシート状に成形し、グリーンシートを作製する。次に、グリーンシートに導体ペーストを印刷して内部電極２１，２２，２３となる電極パターンを形成し、この電極パターンが形成されたグリーンシートを積層して、積層成形体を作製した後に、脱脂、焼成し、所定寸法にカットすることにより積層体を得る。次に、表面電極３１，３２，３３ならびに第１の接続電極４１，第２の接続電極４２および第３の接続電極（図示せず）を形成するための導体ペーストを印刷し、所定の温度で焼付けた後に、表面電極３１，３２，３３を通じて直流電圧を印加して圧電体層２４の分極を行う。このようにして、振動素子１４を得ることができる。
第２の接合部材１６は、フィルム状の形状を有している。また、第２の接合部材１６は、振動板１２よりも柔らかく変形しやすいもので形成されており、振動板１２よりもヤング率，剛性率，体積弾性率等の弾性率や剛性が小さい。すなわち、第２の接合部材１６は、変形可能であり、同じ力が加わったときに、振動板１２よりも大きく変形する。また、第２の接合部材１６は、一方主面が全体的に振動板１２の一方主面の周縁部に固定されているとともに、他方主面が全体的に支持体１１（筐体１９）に固定されている。すなわち、第２の接合部材１６を介して振動板１２と支持体１１（筐体１９）とが接合されている。なお、第２の接合部材１６は、単一のものであっても、いくつかの部材からなる複合体であっても構わない。このような第２の接合部材１６としては、例えば、第１の接合部材１３と同様なものを好適に用いることができる。なお、第２の接合部材１６の厚みは、厚くなりすぎて振動が減衰されすぎないように設定されており、例えば、０．１ｍｍ〜０．６ｍｍ程度に設定される。すなわち、第２の接合部材１６は、支持体１１（筐体１９）に振動板１２の振動を伝達可能に形成されている。
電子回路（図示せず）としては、例えば、ディスプレー１８に表示させる画像情報や圧電振動装置によって伝達する音声情報を処理する回路や、通信回路等が例示できる。これらの回路の少なくとも１つであってもよいし、全ての回路が含まれていても構わない。また、他の機能を有する回路であってもよい。さらに、複数の電子回路を有していても構わない。
ディスプレー１８は、画像情報を表示する機能を有する表示装置であり、例えば、液晶ディスプレー，プラズマディスプレー，および有機ＥＬディスプレー等の既知のディスプレーを好適に用いることができる。
図７（ａ）〜（ｃ）は、本例の圧電振動装置における振動の状態を模式的に示す断面図である。なお、図７（ａ）〜（ｃ）においては、第２の接合部材１６，支持体１１，ディスプレー１８および電子回路の図示を省略している。
上述したように、本例の圧電振動装置は、振動素子１４に電気信号が加えられることによって、単独で屈曲振動することが可能な板状の振動素子１４の一方主面が、変形可能な第１の接合部材１３を介して振動板１２に接合されている。よって、電気信号が加えられて振動素子１４が屈曲振動すると、第１の接合部材１３は、自身が変形することによって振動素子１４の振動を許容しつつ、振動素子１４の振動を振動板１２に伝達する。このようにして、本例の圧電振動装置は、電気信号を加えることによって、振動板１２を強く振動させることができる。
例えば、図７（ａ）に示す状態では、振動素子１４は、図中の上側に凸に撓んでおり、振動板１２は、上に凸に撓んでいるものの、撓み量は振動素子１４よりも小さくなっている。すなわち、振動素子１４と振動板１２との間隔が、中央部で小さく周辺部で大きくなるように、第１の接合部材１３が変形している。
また、図７（ｃ）に示す状態では、振動素子１４は、図中の下側に凸に撓んでおり、振動板１２は、下に凸に撓んでいるものの、撓み量は振動素子１４よりも小さくなっている。すなわち、振動素子１４と振動板１２との間隔が、中央部で大きく周辺部で小さくなるように、第１の接合部材１３が変形している。
このように、電気信号が加えられて、振動素子１４と振動板１２とが第１の接合部材１３を介して対向する領域内の中央部と周辺部における振動素子１４と振動板１２との間の間隔の大小関係が周期的に逆転するように、振動素子１４および振動板１２が振動する。これにより、振動素子１４の振動を妨げる程度が小さくなり、振動板１２を強く振動させることができる。
すなわち、本例の圧電振動装置は、電気信号が加えられて、振動素子１４が振動するとともに、第１の接合部材１３の変形によって、振動板１２の振動素子１４が取り付けられた部分が、振動素子１４よりも小さい振幅で振動する。すなわち、振動板１２および振動素子１４の第１の接合部材１３を介して互いに対向する領域において、振動板１２が振動素子１４よりも小さい振幅で振動する。これにより、振動素子１４の振動の妨げを低減し、振動板１２を強く振動させることができる。また、振動板１２が人体等の他のものに接触することによって、振動板１２の振動が抑制された場合においても、振動素子１４が大きく振動することが可能となり、振動素子１４の振動を、振動板１２を介して人体等の他のものに、減衰を小さくして伝達することができる。
なお、振動板１２および振動素子１４の振幅は、レーザドップラ振動計を用いて測定することができる。すなわち、振動板１２の振動素子１４に接続された側と反対側の表面にレーザドップラ振動計のレーザを照射することによって振動板１２の振幅を測定することができる。また、振動素子１４の振動板１２に接続された側と反対側の表面にレーザドップラ振動計のレーザを照射することによって振動素子１４の振幅を測定することができる。レーザドップラ振動計としては、例えば、株式会社小野測器製のＬＶ−１７１０を使用することができる。そして、これにＦＥＴアナライザを接続して、パソコンの画面に表示される値を読み取ることによって振幅を知ることができる。ＦＥＴアナライザとしては、例えば、株式会社小野測器製のＤＳ−０２９０を使用することができる。 また、本例の圧電振動装置は、第１の接合部材１３の厚みが振動素子１４の屈曲振動の振幅よりも大きいことから、振動素子１４の振動の妨げを小さくできるので、振動板１２を強く振動させることができる圧電振動装置を得ることができる。なお、第１の接合部材１３の厚みは、振動素子１４が単独で振動するときの振幅よりも大きいことが望ましい。
さらに、本例の圧電振動装置において、第１の接合部材１３は、振動板１２よりも柔らかく変形しやすいもので形成されており、振動板１２よりもヤング率，剛性率，体積弾性率等の弾性率や剛性が小さい。すなわち、第１の接合部材１３は、変形可能であり、同じ力が加わったときに、振動板１２よりも大きく変形する。これにより、振動素子１４の振動の妨げを低減し、振動板１２を強く振動させることができる。
なお、例えば、第１の接合部材１３が固くて変形しにくい場合には、振動素子１４と振動板１２とが殆ど同じ振幅で振動することになるが、この場合、振動素子１４の振動が大きく妨げられてしまう問題が生じる。この問題が生じる原因は明確に特定できていないが、次のように推測できる。すなわち、例えば、図７（ｃ）に示すように、振動素子１４が下に凸に変形する場合、振動素子１４の厚み方向における上半分（振動板１２側）は、長さ方向において収縮する。すると、振動素子１４の厚み方向における上半分（振動板１２側）に接合されている振動板１２は、上に凸に変形しようとする。よって、振動素子１４が曲がろうとする方向と振動板１２が曲がろうとする方向とが逆になるため、これによって生じる応力によって、振動素子１４の振動が妨げられてしまい、振動板１２の振動も弱くなるのである。本例の圧電振動装置では、第１の接合部材１３は、振動板１２よりも柔らかく変形しやすいもので形成されているため、振動素子１４の振動の妨げを低減し、振動板１２を強く振動させることができる。
またさらに、本例の圧電振動装置は、振動を伝達可能な第２の接合部材１６を介して振動板１２が支持体１１に固定されており、振動素子１４の屈曲振動に伴って、振動板１２と、支持体１１とが共に振動する。これにより、振動板１２の振幅を小さくすることができるとともに、振動する物体の質量を増加させることができ、振動エネルギーを大きくすることができる。よって、振動板１２から生じる音響を小さくすることができるとともに、強い振動を発生させることが可能な圧電振動装置を得ることができる。
本例の圧電振動装置は、電気信号が加えられることによって、単独で屈曲振動することが可能な板状の振動素子１４の一方主面が、変形可能な第１の接合部材１３を介して振動板１２の一方主面に接合されている。この構成により、従来の圧電振動装置に比べて薄型化することが可能であるとともに、振動板１２の一方主面のみに振動素子１４が取り付けられているにも関わらず、強い振動を発生させることができる。
また、本例の携帯端末は、圧電振動装置に加えて、電子回路（図示せず）と、ディスプレー１８と、電子回路等を収容する筐体１９とを有している。また、振動板１２がディスプレー１８のカバーであり、筐体１９が圧電振動装置の支持体１１として機能している。このような構成を有する本例の携帯端末は、薄型化および強い振動を発生させることが可能な圧電振動装置を有しているので、薄型化および強い振動を発生させることが可能な携帯端末を得ることができる。また、ディスプレー１８のカバーである振動板１２の表側に振動素子１４を取り付けることが不要であるため、外観の良い携帯端末を得ることができる。なお、ディスプレー１８が、タッチパネルのような入力装置を有するものであっても良く、ディスプレー１８のカバーが、タッチパネルのような入力装置を有するものであっても構わない。
さらに、本例の携帯端末は、振動板１２または筐体１９を直接または他の物を介して耳に接触させて、耳の軟骨に振動を伝えることによって音声情報を伝達する。すなわち、振動板１２または筐体１９を直接または間接的に耳に接触させて、耳の軟骨に振動を伝えることによって音声情報を伝達する。これにより、例えば、周囲が騒がしいときにおいても音声情報を伝達することが可能な携帯端末を得ることができる。なお、振動板１２または筐体１９と耳との間に介在する物は、例えば、携帯端末のカバーであっても良いし、ヘッドホンやイヤホンでも良い。振動を伝達可能な物であればどんなものでも構わない。
（変形例）
本発明は上述した実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更，改良が可能である。
本発明は上述した実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更，改良が可能である。
例えば、上述した実施の例においては、ディスプレー１８のカバーが振動板１２である例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、ディスプレー１８全体や、ディスプレー１８の一部を振動板１２として機能するようにしても構わない。
また、上述した実施の形態の例においては、携帯端末の筐体１９そのものが圧電振動装置の支持体１１として機能している例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、筐体１９の一部が圧電振動装置の支持体１１として機能するようにしてもよく、また、圧電振動装置の支持体１１が筐体１９に取り付けられている構成であっても構わない。
さらに、上述した実施の形態の例においては、振動素子１４が圧電バイモルフ素子で構成されている例を示したが、これに限定されるものではなく、電気信号を加えられることによって単独で屈曲振動する機能を有しているものであれば良い。よって、例えば、電気信号が加えられることによって伸縮振動する圧電体に金属板を張り合わせたユニモルフ構造を有する振動素子であっても構わない。
図８は、本発明の変形例の圧電振動装置を模式的に示す斜視図である。図８に示す圧電振動装置においては、圧電体１５ａと金属板１５ｂとが張り合わされて振動素子１５が構成されている。圧電体１５ａは、前述した振動素子１４と同様に圧電体層と電極層とが積層されて構成されているが、ある瞬間に加えられる電界の向きに対する分極の向きが全て等しくされている。よって、例えば、電気信号が加えられて長さ方向に伸縮振動する。このとき、圧電体１５ａに張り合わされた金属板１５ｂは伸縮しないため、振動素子１５は、電気信号が加えられることによって、単独で屈曲振動することができる。
また、例えば、図８に示す圧電振動装置の振動素子１５において、金属板１５ｂを分極されていない圧電体層に置き換えても構わない。このような、電気信号が加えられることによって伸縮振動する圧電体と伸縮振動しない圧電体層とを張り合わせたユニモルフ構造を有する振動素子１５も、電気信号が加えられることによって、単独で屈曲振動することができる。
次に、本発明の圧電振動装置の具体例について説明する。図１〜３に示した本発明の実施の形態の第１の例の圧電振動装置の特性を測定した。
まず、携帯電話の液晶ディスプレーカバーの裏面の電磁レシーバーの位置に振動素子１４を取り付けることにより、図１〜３に示した本発明の実施の形態の例の圧電振動装置を作製した。振動板１２は、液晶ディスプレーカバーをそのまま使用し、筐体１９（支持体１１）およびディスプレー１８も携帯電話の物をそのまま使用した。振動板１２は、長さが９５ｍｍで、幅が４８ｍｍで、厚み０．５ｍｍのアクリル樹脂であった。振動素子１４は、長さ２３．５ｍｍで、幅が３．３ｍｍで、厚みが０．５ｍｍの直方体状とした。また、振動素子１４は、厚みが３０μｍ程度の圧電体層２４と内部電極２１，２２，２３とが交互に積層された構造とし、圧電体層２４の総数は１６層とした。圧電体層２４は、Ｚｒの一部をＳｂで置換したチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で形成した。第１の接合部材１３は、アクリル系粘着材が含浸された不織布からなる基材の両面にアクリル系粘着剤からなる粘着層が配置されて構成された厚みが０．１６ｍｍのものを使用し、振動素子１４の一方主面の全面に貼り付けた。第２の接合部材１６としては、発泡体からなる基材の両面にアクリル系粘着材が配置されて構成された厚み０．１５ｍｍのものを用いた。筐体１９（支持体１１）は合成樹脂製であった。
そして、作製した圧電振動装置の音圧の周波数特性を評価した。評価に際しては、振動板１２上に同面積で厚み２ｍｍのシリコンゴムを置き、シリコンゴムの上面における振動素子１４の直上の位置にマイクを押しつけて設置した。そして、振動素子１４に、実効値３．０Ｖの正弦波信号を入力し、マイクで検出される音圧を評価した。その評価結果を図９に示す。なお、図９のグラフにおいて、横軸は周波数を示し、縦軸は音圧を示す。図９に示すグラフによれば、広い周波数波において４０ｄＢを超える高い音圧が得られていることが判る。これにより本発明の有効性が確認できた。
１１：支持体
１２：振動板
１３：第１の接合部材
１４，１５：振動素子
１６：第２の接合部材
１８：ディスプレー
１９：筐体
１２：振動板
１３：第１の接合部材
１４，１５：振動素子
１６：第２の接合部材
１８：ディスプレー
１９：筐体
本発明の圧電振動装置は、支持体と、該支持体に振動可能に取り付けられた振動板と、屈曲振動することが可能な振動素子と、該振動素子の屈曲する表面である第１の表面と前記振動板の一方主面との間に介在して、自身が変形することによって、前記振動板および 前記振動素子が互いに対向する領域において前記振動板が前記振動素子よりも小さい振幅 で振動するように前記振動素子の前記第１の表面と前記振動板の前記一方主面とを接合する第１の接合部材とを少なくとも有していることを特徴とするものである。
本発明の圧電振動装置は、支持体と、該支持体に振動可能に取り付けられた振動板と、屈曲振動することが可能な振動素子と、該振動素子の屈曲する表面である第１の表面と前記振動板の一方主面との間に介在して、自身が変形することによって、前記振動板および前記振動素子が互いに対向する領域において前記振動板が前記振動素子よりも小さい振幅で振動するように前記振動素子の前記第１の表面と前記振動板の前記一方主面とを接合する第１の接合部材とを少なくとも有しており、前記第１の接合部材の厚みが前記振動素子の屈曲振動の振幅よりも大きくされており、前記振動板を直接または他の物を介して耳に接触させて音声情報を伝達することを特徴とするものである。
本発明の圧電振動装置は、支持体と、該支持体に振動可能に取り付けられた振動板と、屈曲振動することが可能な振動素子と、該振動素子の屈曲する表面である第１の表面と前記振動板の一方主面との間に介在して、自身が変形することによって、前記振動板および前記振動素子が互いに対向する領域において前記振動板が前記振動素子よりも小さい振幅で振動するように前記振動素子の前記第１の表面と前記振動板の前記一方主面とを接合する第１の接合部材とを少なくとも有しており、前記第１の接合部材の厚みが前記振動素子の屈曲振動の振幅よりも大きくされており、前記振動素子の長さ方向において前記振動素子の直上がその周囲と比較して最も高く隆起するように、前記振動素子によって前記振動板が曲げられ、前記振動板を直接または他の物を介して耳に接触させて音声情報を伝達することを特徴とするものである。
Claims (6)
- 支持体と、
該支持体に振動可能に取り付けられた振動板と、
屈曲振動することが可能な振動素子と、
該振動素子の屈曲する表面である第１の表面と前記振動板の一方主面との間に介在して、前記振動素子の前記第１の表面と前記振動板の前記一方主面とを接合する、変形可能な第１の接合部材とを少なくとも有していることを特徴とする圧電振動装置。 - 前記第１の接合部材の厚みが前記振動素子の屈曲振動の振幅よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の圧電振動装置。
- 電気信号が加えられて、前記振動素子が振動するとともに、前記振動板の前記振動素子が取り付けられた部分が、前記振動素子よりも小さい振幅で振動することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧電振動装置。
- 振動を伝達可能な第２の接合部材を介して前記振動板が前記支持体に固定されており、前記振動素子の屈曲振動に伴って、前記振動板と、前記支持体とが共に振動することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の圧電振動装置。
- 電子回路と、ディスプレーと、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の圧電振動装置と、筐体とを少なくとも有しており、前記振動板が前記ディスプレーまたは前記ディスプレーの一部または前記ディスプレーのカバーであり、前記筐体に前記支持体が固定されているか、または前記筐体の少なくとも一部が前記支持体であることを特徴とする携帯端末。
- 前記振動板または前記筐体を直接または他の物を介して耳に接触させて音声情報を伝達することを特徴とする請求項５に記載の携帯端末。
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