JPWO2020170938A1 - 振動装置 - Google Patents

Abstract

構造の複雑さを招くことなく、端子と振動板との接合の信頼性及び電気的接続の信頼性を高めることができる、振動装置を提供する。
長さ方向を有し、長さ方向一端側の第１の端部６ａと他端側の第２の端部６ｂとを有する第１の振動板６と、第１の振動板６に設けられた第１の圧電素子１１と、長さ方向において、第１の振動板６の中央よりも第１の端部６ａ側において、第１の圧電素子１１に接合された第１の導体配線１３と、第１の導体配線１３に接続された第１の固定部材１７と、第１の固定部材１７が固定されているケース部材４と、を備え、第２の端部６ｂが自由端とされており、第１の導体配線１３が屈曲部を有する、振動装置１。

Description

本発明は、振動装置に関する。

従来、圧電素子を用いた振動子をケース内で振動させる振動装置が種々提案されている。例えば、下記の特許文献１では、ケース内に、圧電素子を有する振動子が配置されている。圧電素子と、給電部材とをはんだ付けにより接続すると、はんだ剥がれ等の問題が存在する。特許文献１に記載の振動装置では、給電部材に挟持接続部が設けられている。挟持接続部は、振動子を挟持するとともに、圧電素子に電気的に接続されている。

特開平９−２０１０８０号公報

特許文献１に記載されているように、給電部材が圧電素子にはんだ付けにより固定されていると、振動子の振動によって、接合部に剥がれ等が生じるおそれがあった。そこで、特許文献１では、圧電素子を挟持する挟持接続部が、給電部材に設けられている。ここでは、挟持接続部により振動子が挟持されるため、すなわち、はんだ付けによる接合部を有しないため、はんだ剥がれ等が生じ難い。

しかしながら、特許文献１に記載のような挟持接続部を用いた構成では、挟持される振動子の形状に制約があり、かつ圧電素子を含む振動子を挟持する構造が複雑になるという問題があった。加えて、振動子の振動状況によっては、挟持接続部と圧電素子との電気的接続が不十分になるおそれもあった。

本発明の目的は構造が複雑になることなく、かつ振動体と振動体に電気的に接続される端子との接続の信頼性に優れており、さらに接合部の剥がれ等が生じ難い、振動装置を提供することにある。

本発明は、長さ方向を有し、前記長さ方向一端側の第１の端部と他端側の第２の端部とを有する第１の振動板と、前記第１の振動板に設けられた第１の圧電素子と、前記長さ方向において、前記第１の振動板の中央よりも前記第１の端部側において、前記第１の圧電素子に接合された第１の導体配線と、前記第１の導体配線に接続された第１の固定部材と、前記第１の固定部材が固定されているケース部材と、を備え、前記第２の端部が自由端とされており、前記第１の導体配線が屈曲部を有する、振動装置である。

本発明に係る振動装置によれば、構造の複雑化を招くことなく、振動板と端子との接続の信頼性を高めることができ、接合部の剥がれ等が生じ難い、振動装置を提供することが可能となる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る振動装置の外観を示す斜視図である。 図２は、本発明の第１の実施形態に係る振動装置の分解斜視図である。 図３は、第１の実施形態に係る振動装置の第１，第２の振動板と、第１，第２の振動板に接続された支持枠と、第１または第２の振動板に接続された固定端子部とを示す斜視図である。 図４は、本発明の第１の実施形態の振動装置の要部を示す平面図である。 図５は、第１の実施形態で用いられている第１の圧電素子の正面断面図である。 図６（ａ）は、第１の実施形態の振動装置において、質量付加部材が上頂点に達した場合の振動装置の要部を説明するための模式的正面断面図であり、図６（ｂ）は、上頂点に達した場合の端子の模式的平面図である。 図７（ａ）は、第１の実施形態の振動装置において、質量付加部材が中性点にある場合の振動装置の要部を説明するための模式的正面断面図であり、図７（ｂ）は、中性点にある場合の端子の模式的平面図である。 図８（ａ）は、第１の実施形態の振動装置において、質量付加部材が下頂点に達した場合の振動装置の要部を説明するための模式的正面断面図であり、図８（ｂ）は、下頂点に達した場合の端子の模式的平面図である。 図９は、端子のミアンダ形状の変形例を説明するための模式的平面図である。 図１０は、端子のミアンダ形状の第２の変形例を説明するための模式的平面図である。 図１１は、端子の平面形状の第３の変形例を説明するための模式的平面図である。 図１２は、本発明の第２の実施形態の振動装置の要部を説明するための模式的平面図である。 図１３（ａ）は、本発明の第３の実施形態の振動装置における端子と圧電素子の電極との接合部を説明するための模式的平面図であり、図１３（ｂ）はその正面断面図である。 図１４は、本発明の第３の実施形態の第１の変形例を説明するための模式的平面図である。 図１５は、本発明の第３の実施形態の第２の変形例を説明するための模式的平面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。

なお、本明細書に記載の各実施形態は、例示的なものであり、異なる実施形態間において、構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることを指摘しておく。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る振動装置の外観を示す斜視図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る振動装置の分解斜視図である。図３は、第１の実施形態に係る振動装置の第１，第２の振動板と、第１，第２の振動板に接続された支持枠と、第１または第２の振動板に接続された固定端子部とを示す斜視図である。図４は、本発明の第１の実施形態の振動装置の要部を示す平面図である。図５は、第１の実施形態で用いられている第１の圧電素子の正面断面図である。

振動装置１は、ケース２を有する。ケース２は、ベース部材３と、矩形枠状のケース部材４と、蓋材５とを有する。図２に示すように、ケース部材４の上方の開口内に第１の振動板６と、第２の振動板７とが配置されている。第１の振動板６及び第２の振動板７は、ステンレスなどの金属からなる。

振動装置１のベース部材３の底部は、外部の実装基板などに接合される。それによって、ベース部材３の底部から外部に振動装置１の振動が伝搬する。

図３に示すように、第１，第２の振動板６，７は、矩形枠状の支持部１０に接続されている。支持部１０は、複数の辺部分により構成されている。支持部１０は、平行する第１の辺部分１０ａ及び第２の辺部分１０ｂを有する。第１の辺部分１０ａから第２の辺部分１０ｂ側に、第１の振動板６が延びている。

第１の振動板６は長さ方向を有する。第１の辺部分１０ａから第２の辺部分１０ｂ側に向かう方向が第１の振動板６の長さ方向である。平面視して、第１の振動板６の長さ方向と直交する方向が第１の振動板６の幅方向である。以下、長さ方向及び幅方向とは、第１の振動板６の長さ方向及び幅方向をいうものとする。第１の振動板６は、長さ方向において一端側に第１の端部６ａ及び屈曲連結部６ｃを有し、他端側に第２の端部６ｂを有する。第１の端部６ａが、屈曲連結部６ｃを介して支持部１０の第１の辺部分１０ａに接続されている。第２の端部６ｂが自由端とされている。第１の振動板６は、第１の辺部分１０ａによって支持されており、この支持構造は、片持ち梁構造である。なお、第１の端部６ａが屈曲連結部６ｃを介さずに第１の辺部分１０ａに接続されていてもよい。

第２の辺部分１０ｂから第１の辺部分１０ａ側に、第２の振動板７が延びている。第２の振動板７は、長さ方向において一端側に第１の端部７ａ及び屈曲連結部７ｃを有し、他端側に第２の端部７ｂを有する。第１の端部７ａが、屈曲連結部７ｃを介して支持部１０の第２の辺部分１０ｂに接続されている。第２の端部７ｂが自由端とされている。第２の振動板７は、第２の辺部分１０ｂによって支持されており、この支持構造は、片持ち梁構造である。なお、第１の端部７ａも、屈曲連結部７ｃを介さずに第２の辺部分１０ｂに接続されていてもよい。

平面視において、第１の振動板６及び第２の振動板７は、支持部１０の枠の形状の中心に対して点対称に配置されている。

さらに、矩形枠状の支持部１０に、固定端子部１０Ａ〜１０Ｄが一体に設けられている。

上記支持部１０、第１の振動板６、第２の振動板７及び固定端子部１０Ａ〜１０Ｄは金属板を用いて一体に構成されている。

図２に示すように、第１，第２の振動板６，７上に、第１，第２の圧電素子１１，１２が設けられている。第１の圧電素子１１を図５に正面断面図で示す。第１の圧電素子１１は、圧電板１１ａと、第１の電極１１ｂと、第２の電極１１ｃとを有する。第１の圧電素子１１では、圧電板１１ａの上面に第１の電極１１ｂが設けられており、下面に第２の電極１１ｃが設けられている。圧電板１１ａは、圧電セラミックスからなり、厚み方向に分極されている。第２の電極１１ｃは、第１の振動板６に接合され、第１の振動板６と電気的に接続されている。

第１の電極１１ｂと第２の電極１１ｃとの間に交流電界を印加することにより、第１の圧電素子１１は面内方向に伸縮する。それに伴い、第１の振動板６は屈曲モードにより振動する。その結果、第１の振動板６の第２の端部６ｂすなわち自由端側が上下に変位する。第２の圧電素子１２を駆動した場合にも同様に、第２の圧電素子１２は面内方向に伸縮して、第２の振動板７は屈曲モードにより振動し、第２の振動板７の第２の端部７ｂすなわち自由端側が上下に変位する。

第１の振動板６及び第２の振動板７の下面に質量付加部材９が接合されている。質量付加部材９は、適宜の金属や金属及び樹脂の合成材料、あるいはセラミックスなどからなる。質量付加部材９は、質量付加作用が高いタングステンなどの、密度が高い金属からなることが好ましい。それによって、振動装置１の小型化を容易に進めることができる。質量付加部材９の上面９ａには、傾斜部９ｂ及び９ｃが設けられている。

傾斜部９ｂは、長さ方向において第１の振動板６の中央よりも第２の端部６ｂ側において、第１の振動板６と接合されている。

傾斜部９ｃは、長さ方向において第２の振動板７の中央よりも第２の端部７ｂ側において、第２の振動板７と接合されている。

従って、質量付加部材９は、第１の振動板６及び第２の振動板７の自由端側に固定されて、第１の振動板６及び第２の振動板７により支持されている。

第１の圧電素子１１の下面側の電極である第２の電極１１ｃ（図５参照）は、第１の振動板６に接合されている。第１の振動板６は金属からなるため、第２の電極１１ｃは第１の振動板６と電気的に接続されている。第２の圧電素子１２の下面側の電極は、第２の振動板７に接合されている。第２の振動板７は金属からなるため、第２の圧電素子１２の下面側の電極は第２の振動板７と電気的に接続されている。

他方、図２及び図４に示すように、第１の圧電素子１１の上面側の電極である第１の電極１１ｂには、第１の導体配線１３が接合されている。第１の導体配線１３は、導電性材料からなる。好ましくは、第１の導体配線１３は金属からなる。第１の導体配線１３の一方の端部が第１の圧電素子１１の第１の電極１１ｂに接合されている。第１の導体配線１３は、複数の屈曲部を有し、ミアンダ形状を有している。

第１の導体配線１３の他方の端部は、ベース部材３及びケース部材４に固定された第１の固定部材１７に接続されている。第１の固定部材１７は、ケース部材４の側面一部を覆うように固定されている。第１の導体配線１３は、第１の圧電素子１１の第１の電極１１ｂと第１の固定部材１７を電気的に接続している。

第２の圧電素子１２の上面側の電極には、第２の導体配線１４が接合されている。第２の導体配線１４は、導電性材料からなる。好ましくは、第２の導体配線１４は金属からなる。第２の導体配線１４の一方の端部が第２の圧電素子１２の上面側の電極に接合されている。第２の導体配線１４は、複数の屈曲部を有し、ミアンダ形状を有している。第２の導体配線１４の他方の端部は、ベース部材３及びケース部材４に固定された第２の固定部材１７Ａに接続されている。第２の固定部材１７Ａは、ケース部材４の側面一部を覆うように固定されている。第２の導体配線１４は、第２の圧電素子１２の上面の電極と第２の固定部材１７Ａを電気的に接続している。

従って、第１，第２の振動板６，７の自由端側の下面に固定されている質量付加部材９は、第１，第２の振動板６，７が振動すると、上下方向に変位することとなる。

なお、第１，第２の固定部材１７，１７Ａはケース部材４に固定されている固定電極である。

図６（ａ）は、第１の実施形態の振動装置において、質量付加部材が上頂点に達した場合の振動装置の要部を説明するための模式的正面断面図である。図７（ａ）は、第１の実施形態の振動装置において、質量付加部材が中性点にある場合の振動装置の要部を説明するための模式的正面断面図である。図８（ａ）は、第１の実施形態の振動装置において、質量付加部材が下頂点に達した場合の振動装置の要部を説明するための模式的正面断面図である。

ここで、上頂点とは、第１の振動板６が上下方向に振動した場合に、第１の振動板６の第２の端部６ｂが最も上方に位置した状態を示す。下頂点とは、第１の振動板６が上下方向に振動した場合に、第１の振動板６の第２の端部６ｂが最も下方に位置している状態を示す。

従って、図６（ａ）に示す状態と、図８（ａ）に示す状態の間を繰り返すように、第１の振動板６が振動し、質量付加部材９が上下方向に変位する。

図６（ｂ）は、第１の実施形態の振動装置において、質量付加部材が上頂点に達した場合の端子の模式的平面図である。図７（ｂ）は、第１の実施形態の振動装置において、質量付加部材が中性点にある場合の端子の模式的平面図である。図８（ｂ）は、第１の実施形態の振動装置において、質量付加部材が下頂点に達した場合の端子の模式的平面図である。

図７（ｂ）に示すように、第１の導体配線１３は、複数の平行な直線部と複数の屈曲部Ａ〜Ｆからなり、ミアンダ形状を有している。第１の導体配線１３は、前述した長さ方向と直交する方向に延びる部分間において複数回屈曲している。従って、第１の固定部材１７と、第１の導体配線１３が第１の圧電素子１１に接合されている部分との間の距離よりも、第１の導体配線１３の長さが長い。よって、図６（ｂ）及び図８（ｂ）に示すように、ミアンダ形状の第１の導体配線１３が変形し、それによって、第１の導体配線１３における第１の圧電素子１１の第１の電極１１ｂとの接合部に加わる応力を吸収することができる。特に、第１の導体配線１３における第１の圧電素子１１の第１の電極１１ｂとの接合部に、長さ方向に加わる応力を吸収することができる。よって、上記のように第１の振動板６が振動したとしても、第１の導体配線１３における第１の圧電素子１１の第１の電極１１ｂとの接合部における剥がれが生じ難い。しかも、第１の導体配線１３は、第１の電極１１ｂに接合されているため、電気的接続の信頼性も十分である。加えて、圧電素子を挟持する複雑な構造の挟持部を必要としない。

よって、振動装置１によれば、構造の複雑化を招くことなく、端子と振動板との快適な接合の信頼性を高めることができ、かつ電気的接続の信頼性も高め得る。

図９は、端子のミアンダ形状の変形例を説明するための模式的平面図である。図９に示す第１の導体配線１３の第１の変形例では、第１の導体配線１３の先端部と、第１の固定部材１７との間を結ぶ方向において、すなわち前述した長さ方向において、第１の導体配線１３が複数回屈曲している。それによって、第１の導体配線１３は、複数の平行な直線部と複数の屈曲部Ａ〜Ｄからなる。このように、長さ方向において複数回折り曲げられるようなミアンダ形状としてもよい。この場合には、第１の振動板６の長さ方向における長さを長くすることができる。よって、上下方向の応力の影響をより小さくすることができる。

図１０は、端子のミアンダ形状の第２の変形例を説明するための模式的平面図である。図１０に示す第１の導体配線１３の第２の変形例では、第１の導体配線１３は、第１の固定部材１７と先端部との間において、長さ方向において複数回屈曲した第１の部分１３ａと、長さ方向と直交する幅方向において屈曲した第２の部分１３ｂとを有する。第１の部分１３ａは、複数の屈曲部Ａ〜Ｄを有し、第２の部分１３ｂは、複数の屈曲部Ｅ〜Ｈを有する。この場合には、上下方向及び長さ方向の双方において応力の影響を小さくすることができる。

図１１は、端子の平面形状の第３の変形例を説明するための模式的平面図である。図１１に示す第１の導体配線１３の第３の変形例では、第１の導体配線１３Ａは、平面視において、複数の屈曲部Ａ〜Ｅを有する、ジグザグ形状を有している。このように、第１の導体配線１３Ａは、ジグザグ形状であってもよい。また、第１の導体配線１３Ａにおいて応力を吸収する効果は、少なくとも１つの屈曲部を有しておれば得られる。従って、屈曲部は１つであってもよい。もっとも、好ましくは、複数の屈曲部が設けられ、それによって、上記応力の影響をより一層効果的に軽減することができる。

図１２は、本発明の第２の実施形態の振動装置の要部を説明するための模式的平面図である。第２の実施形態の振動装置２１では、第１の導体配線１３における第１の圧電素子１１の第１の電極１１ｂとの接合部１３ｘが、第１の振動板６の幅方向において、第２の振動板７側に位置している。第２の導体配線１４における第２の圧電素子１２の上面側の電極との接合部１４ｘも、第２の振動板７の幅方向において、第１の振動板６側に位置している。このように、接合部１３ｘ，１４ｘは、第１の振動板６と第２の振動板７とが隣り合う部分側に位置していてもよい。この場合には、上記接合部１３ｘ，１４ｘへの応力の影響をより小さくすることができる。

なお、上記接合部１３ｘ，１４ｘは、幅方向において、第１，第２の振動板６，７の中央側に位置していてもよい。

図１３（ａ）は、本発明の第３の実施形態の振動装置における端子と圧電素子の電極との接合部を説明するための模式的平面図であり、図１３（ｂ）はその正面断面図である。

第１の導体配線１３は、接合部において、はんだ３１により、第１の圧電素子１１の第１の電極１１ｂに接合されている。ここでは、第１の導体配線１３の接合部において、第１の導体配線１３の延びる方向と交差する方向に複数の突出部１３ｃ，１３ｄが設けられている。突出部１３ｃ，１３ｄは、第１の導体配線１３の延びる方向と直交する方向両側に設けられている。従って、第１の導体配線１３において、第１の導体配線１３の延びる方向、すなわち前述した長さ方向に応力が加わったとしても、突出部１３ｃ，１３ｄのアンカー効果により、応力による剥離等をより効果的に防止することができる。

なお、突出部１３ｃ，１３ｄは、第１の導体配線１３の延びる方向と直交する必要は必ずしもなく、第１の導体配線１３の延びる方向と９０度以外の角度で交差する方向に延ばされていてもよい。

図１４は、本発明の第３の実施形態の第１の変形例を説明するための模式的平面図である。ここでは、第１の導体配線１３の一方の端部である、第１の導体配線１３の接合部において、第１の導体配線１３の延びる方向と直交する幅方向において、突出部１３ｃ，１３ｄが設けられている。

図１５は、本発明の第３の実施形態の第２の変形例を説明するための模式的平面図である。第１の導体配線１３の接合部１３ｅは、第１の導体配線１３の残りの部分よりも幅方向の寸法が大きい矩形とされている。この接合部１３ｅにおいては、矩形の中央に貫通孔１３ｆが設けられている。

幅方向に延びる辺部分を有する矩形の接合部１３ｅが設けられているため、上記アンカー効果により、接合部１３ｅにおける剥離が生じ難い。貫通孔１３ｆが設けられている部分においてもアンカー効果が発揮される。従って、より一層接合部における剥離が生じ難い。なお、貫通孔１３ｆは設けられずともよい。

図１３〜図１５に示したように、第１の導体配線１３の接合部において、長さ方向と交差する方向に延びる部分を設けることにより、上記アンカー効果により、上下方向及び長さ方向に加わる引っ張り荷重に対して接合部をより強くすることができる。

なお、第１の実施形態では、複数の振動板として第１の振動板６及び第２の振動板７が設けられていたが、本発明は、単一の振動板のみが設けられている振動装置にも適用することができる。また、３以上の振動板を有する振動装置にも本発明を適用することができる。

１…振動装置
２…ケース
３…ベース部材
４…ケース部材
５…蓋材
６…第１の振動板
６ａ…第１の端部
６ｂ…第２の端部
６ｃ…屈曲連結部
７…第２の振動板
７ａ…第１の端部
７ｂ…第２の端部
７ｃ…屈曲連結部
９…質量付加部材
９ａ…上面
９ｂ，９ｃ…傾斜部
１０…支持部
１０Ａ〜１０Ｄ…固定端子部
１０ａ…第１の辺部分
１０ｂ…第２の辺部分
１１，１２…第１，第２の圧電素子
１１ａ…圧電板
１１ｂ…第１の電極
１１ｃ…第２の電極
１３…第１の導体配線
１３Ａ…第１の導体配線
１３ａ…第１の部分
１３ｂ…第２の部分
１３ｃ，１３ｄ…突出部
１３ｅ…接合部
１３ｆ…貫通孔
１３ｘ，１４ｘ…接合部
１４…第２の導体配線
１７…第１の固定部材
１７Ａ…第２の固定部材
２１…振動装置
３１…はんだ
Ａ〜Ｈ…屈曲部

Claims (6)

1. 長さ方向を有し、前記長さ方向一端側の第１の端部と他端側の第２の端部とを有する第１の振動板と、
   前記第１の振動板に設けられた第１の圧電素子と、
   前記長さ方向において、前記第１の振動板の中央よりも前記第１の端部側において、前記第１の圧電素子に接合された第１の導体配線と、
   前記第１の導体配線に接続された第１の固定部材と、
   前記第１の固定部材が固定されているケース部材と、
   を備え、
   前記第２の端部が自由端とされており、
   前記第１の導体配線が屈曲部を有する、振動装置。
2. 前記第１の導体配線が、複数の前記屈曲部を有する、請求項１に記載の振動装置。
3. 前記第１の導体配線が、ミアンダ形状である、請求項１または２に記載の振動装置。
4. 前記第１の導体配線が、ジグザグ形状である、請求項１または２に記載の振動装置。
5. 前記長さ方向において、前記第１の振動板の中央よりも前記第２の端部側において、前記第１の振動板に接合された質量付加部材をさらに備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の振動装置。
6. 前記長さ方向一端側の第１の端部と他端側の第２の端部とを有する第２の振動板と、
   前記第２の振動板に設けられた第２の圧電素子と、
   前記長さ方向において、前記第２の振動板の中央よりも前記第１の端部側において、前記第２の圧電素子に接合された第２の導体配線と、
   前記第２の導体配線に接続されており、前記ケース部材に固定されている第２の固定部材とをさらに備え、
   前記ケース部材が対向し合う第１，第２の辺部分を有し、前記第１の振動板が前記第１の辺部分に接続されており、前記第２の振動板が前記第２の辺部分に接続されており、
   前記質量付加部材が前記第２の振動板と接合されている、請求項５に記載の振動装置。

Images