TW201411896A - 壓電振動元件及使用其之壓電振動裝置及行動終端機 - Google Patents
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Abstract
本發明係一種壓電振動元件及使用其之壓電振動裝置及行動終端機,該壓電振動元件之特徵在於:其至少包含沿第1方向交替地配置之複數個電極(21~25)與複數個壓電體層(27),且藉由輸入電信號而以振幅沿垂直於第1方向之第2方向變化之方式在第1方向上彎曲振動;且相鄰之電極彼此之間夾持壓電體層(27)而對向之部分即對向部(P1)之第2方向上之中央(C1)位於與壓電振動元件之第2方向上之中央(C2)不同之位置上。且本發明提供一種可實現減少特定頻率下之振幅之急遽變化之振動裝置的壓電振動元件及使用其之壓電振動裝置及行動終端機。
Description
本發明係關於一種壓電振動元件及使用其之壓電振動裝置及行動終端機。
先前,已知有藉由將板狀之壓電雙晶片(bimorph)元件固定於振動板並使壓電雙晶片元件振動而使振動板振動之壓電振動裝置(例如,參照專利文獻1)。
[專利文獻1]日本專利特開2006-238072號公報
然而,上述先前之壓電振動裝置於特定頻率下振動板之振幅會急遽地發生變化,於藉由振動板之振動傳遞聲音資訊之情形時,存在傳遞之聲音資訊產生失真之問題。
本發明係鑒於此種先前技術中之問題而想出者,其目的在於提供一種實現減少特定頻率下之振幅之急遽變化之振動裝置的壓電振動元件及使用其之壓電振動裝置及行動終端機。
本發明之壓電振動元件之特徵在於:至少包含沿第1方向交替地配置之複數個電極與複數個壓電體層,且藉由輸入電信號,而以振幅
沿垂直於上述第1方向之第2方向變化之方式在上述第1方向上彎曲振動,且以於上述第1方向上相鄰之方式配置並且連接於不同電位之上述電極彼此之間夾持上述壓電體層而對向之部分即對向部之上述第2方向上之中央位於與上述壓電振動元件之上述第2方向上之中央不同之位置上。
本發明之壓電振動裝置之特徵在於至少包含:上述壓電振動元件;及振動板,其一主面接合於該壓電振動元件之上述第1方向上之一側之表面;且上述對向部之上述第2方向上之中央位於與上述振動板之上述第2方向上之中央不同之位置上。
本發明之行動終端機之特徵在於至少包含:殼體、設置於該殼體之上述壓電振動裝置、及生成輸入至上述壓電振動元件之電信號之電子電路。
根據本發明之壓電振動元件,可獲得實現減少特定頻率下之振幅之急遽變化之振動裝置的壓電振動元件。根據本發明之壓電振動裝置,可獲得減少特定頻率下之振幅之急遽變化之壓電振動裝置。根據本發明之行動終端機,可獲得能夠傳遞失真較小之聲音資訊之行動終端機。
12‧‧‧振動板
14‧‧‧壓電振動元件
15‧‧‧壓電振動裝置
17‧‧‧電子電路
18‧‧‧顯示器
19‧‧‧殼體
20‧‧‧積層體
21、22、23、24、25‧‧‧電極
21a、22a‧‧‧本體部
21b、22b‧‧‧引出部
27‧‧‧壓電體層
41‧‧‧第1端子電極
42‧‧‧第2端子電極
C1‧‧‧對向部之第2方向上之中央
C2‧‧‧壓電振動元件之第2方向上之中央
C3‧‧‧振動板之第2方向上之中央
P1‧‧‧對向部
x‧‧‧第2方向
y‧‧‧第3方向
z‧‧‧第1方向
圖1係模式性地表示本發明之第1實施形態之壓電振動元件之立體圖。
圖2(a)~(e)係用以說明圖1所示之壓電振動元件之構造之俯視圖。
圖3係用以說明圖1所示之壓電振動元件之構造之圖。
圖4係用以說明圖1所示之壓電振動元件之構造之剖面圖。
圖5係模式性地表示本發明之第2實施形態之壓電振動裝置之立
體圖。
圖6係圖5中之D-D'線剖面圖。
圖7係模式性地表示本發明之第3實施形態之行動終端機之立體圖。
圖8係圖7中之A-A'線剖面圖。
圖9係圖7中之B-B'線剖面圖。
圖10係表示本發明之第2實施形態之壓電振動裝置及比較例之壓電振動裝置之聲壓之頻率相依性的圖表。
以下,一面參照隨附之圖式一面對本發明之壓電振動元件及使用其之壓電振動裝置及行動終端機進行詳細說明。
圖1係模式性地表示作為本發明之第1實施形態之壓電振動元件14之立體圖。圖2(a)~(e)係模式性地表示壓電振動元件14所包含之電極21~25之形狀之俯視圖。再者,圖2(a)~(d)表示自第1方向之一側(圖中之+z方向側)觀察之狀態,圖2(e)表示自第1方向之另一側(圖中之-z方向側)觀察之狀態。又,圖3係模式性地表示第1方向(圖中之z軸方向)上之電極21~25之位置關係、與配置於電極21~25之間之壓電體層27之極化之狀態的圖。再者,於圖3中,省略了積層體20、第1~第3端子電極及壓電體層27之圖示。
本例之壓電振動元件14具有長方體狀之形狀,其第1方向(圖中之z軸方向)為厚度方向,垂直於第1方向之第2方向(圖中之x軸方向)為長度方向,垂直於第1方向及第2方向之圖中之y軸方向為寬度方向。又,壓電振動元件14包含積層體20、第1端子電極41、第2端子電極42、及第3端子電極(未圖示)。
於積層體20之第2方向之一側(圖中之+x方向側)之端面,以跨及
第1方向(圖中之z軸方向)上之兩端面之方式,配置有第1端子電極41及第2端子電極42。又,於積層體20之第2方向之另一側(圖中之-x方向側)之端面配置有第3端子電極(未圖示)。
積層體20係沿第1方向交替地配置沿第1方向(圖中之z軸方向)極化之複數層壓電體層27、與複數個扁平狀之電極21~25而構成。電極23係配置於積層體20之第1方向之一側(圖中之+z方向側)之表面。電極25係配置於積層體20之第1方向之另一側(圖中之-z方向側)之表面。電極21、電極22及電極24於積層體20之內部分別配置有複數個。而且,電極21或電極22與電極23或電極24或電極25係於第1方向(圖中之z軸方向)上交替地配置。又,於第1方向之一側(圖中之+z方向側)交替地配置有電極23或電極24與電極21,於第1方向之另一側(圖中之-z方向側)交替地配置有電極24或電極25與電極22。
電極21具有如下構造:於與積層體20之側面隔開間隔而形成之矩形狀之本體部21a之一端連接有矩形狀之引出部21b之一端。引出部21b之另一端係連接於第1端子電極41。電極22具有如下構造:於與積層體20之側面隔開間隔而形成之矩形狀之本體部22a之一端連接有矩形狀之引出部22b之一端。引出部22b之另一端係連接於第2端子電極42。電極23、24、25之各者具有僅長度方向之一端露出於積層體20之側面之矩形狀的形狀。而且,電極23、24、25之各者之長度方向之一端係連接於第3端子電極(未圖示)。
又,配置於電極21~25之間之壓電體層27係沿於圖3中以箭頭所示之方向極化。即,於第1方向之一側(圖中之+z方向側),沿自電極21朝向電極23、24之方向極化,於第1方向之另一側(圖中之-z方向側),沿自電極24、25朝向電極22之方向極化。而且,當使壓電振動元件14振動時,例如,電極21、22變為相同電位,電極23、24、25變為相同電位,並且以在電極21、22與電極23、24、25之間產生電位差
之方式施加交流電壓。藉此,使壓電振動元件14相對於在某個瞬間施加之電場之方向的極化之方向於第1方向(圖中之z軸方向)上之一側與另一側反轉。
由此,於施加電信號後在某個瞬間第1方向之一側(圖中之+z方向側)於第2方向(圖中之x軸方向)上延伸時,第1方向之另一側(圖中之-z方向側)於第2方向上收縮。藉此,壓電振動元件14係藉由輸入電信號,而以振幅沿第2方向變化之方式在第1方向上彎曲振動。如此,壓電振動元件14包含具有雙晶片構造之壓電體(壓電雙晶片元件)。
圖4係用以說明圖1所示之壓電振動元件之構造之模式性剖面圖。再者,於圖4中,為了容易圖示,而省略了第1~第3端子電極之圖示,並且表示電極21、電極22及電極24分別僅有1個之狀態。
本例之壓電振動元件14中,以於第1方向(圖中之z軸方向)上相鄰之方式配置並且連接於不同電位之電極彼此之間夾持壓電體層27而對向之部分即對向部P1之第2方向(圖中之x軸方向)上之中央C1位於與壓電振動元件14之第2方向上之中央C2不同之位置上。藉此,於輸入電信號而壓電振動元件14以振幅沿第2方向變化之方式在第1方向(圖中之z軸方向)上彎曲振動時,可分散壓電振動元件14之於第2方向上產生之駐波。由此,例如,於構成在壓電振動元件14之第1方向之表面接合振動板之主面,並藉由壓電振動元件14之振動而使振動板振動的壓電振動裝置時,可減少特定頻率下之振幅之急遽變化。即,可實現具有與頻率之變化相應之振幅之急遽變化較少之振動特性的壓電振動裝置。又,由於本例之壓電振動元件14具有於第2方向(圖中之x軸方向)上較長之形狀,因此可實現具有與頻率之變化相應之振幅之急遽變化更少之振動特性的壓電振動裝置。
再者,若使對向部P1之第2方向上之中央C1與壓電振動元件14之第2方向上之中央C2之間隔變大,則減少特定頻率下之振幅之急遽變
化之效果會變大,但產生之振動之強度整體上會變小。由此,對向部P1之第2方向上之中央C1與壓電振動元件14之第2方向上之中央C2之間隔係根據所需之特性而適當設定。
又,於1個壓電體層27中,於將該壓電體層27夾在中間而對向並且連接於不同電位之一對電極之對向部P1於圖中x軸方向上之中央C1在圖中之y軸方向上變化之情形時,只要將圖中y軸方向之各個位置上之C1於圖中之y軸方向上加以平均而求出之位置設為該壓電體層27中之C1即可。
又,於存在對向部P1於圖中x軸方向上之中央C1之位置不同之壓電體層27之情形時,只要對於所有壓電體層27將各個壓電體層27中之C1之位置加以平均,並使該平均的C1與壓電振動元件14於圖中x軸方向上之中央C2不同即可。再者,於該情形時,必需於以各個對向部P1之面積進行加權之後求出平均值。例如,於4層壓電體層27中,於自壓電振動元件14之第2方向(圖中之x軸方向)之一端至對向部P1之中央C1為止之距離分別為x1、x2、x3、x4,且對向部P1之面積分別為s1、s2、s3、s4之情形時,將距離壓電振動元件14之第2方向之一端之距離x5成為x5=(x1s1+x2s2+x3s3+x4s4)/(s1+s2+s3+s4)之位置設為平均之對向部P1之中央C1之位置,只要使該位置與壓電振動元件14之中央C2不同即可。
於本例之壓電振動元件14中,積層體20例如可設為長度18mm~28mm左右、寬度1mm~6mm左右、厚度0.2mm~1.0mm左右。又,電極21~25之長度例如可設為17mm~25mm左右,電極21~25之寬度例如可設為0.5mm~1.5mm左右。
構成積層體20之壓電體層27例如可較佳地使用鈦酸鉛(PT)、鋯鈦酸鉛(PZT)、Bi層狀化合物、及鎢青銅構造化合物等非鉛系壓電體材料等而形成,但亦可使用其他壓電材料。壓電體層27之1層之厚度可
設定為例如0.01~0.1mm左右。電極21、22、24例如可較佳地使用除含有銀或銀與鈀之合金等金屬成分以外亦含有陶瓷成分或玻璃成分者而形成,但亦可使用其他已知之金屬材料而形成。電極23、25及第1~第3端子電極較理想為含有包含銀之金屬成分及玻璃成分,但亦可為銀以外之金屬。
此種壓電振動元件14例如可藉由如下方法製作。首先,於壓電材料之粉末中添加黏合劑、分散劑、塑化劑、及溶劑並攪拌,而製作漿料,使所獲得之漿料成形為片狀,製作生胚片材(green sheet)。其次,於生胚片材上印刷導電膏而形成會成為電極21、22、24之電極圖案,積層形成有該電極圖案之生胚片材,並使用加壓裝置進行加壓而製作積層成形體。其後,進行除脂及煅燒,並切割為特定尺寸,藉此獲得積層體。其次,印刷用以形成電極23、25以及第1端子電極41、第2端子電極42及第3端子電極(未圖示)之導電膏,於特定溫度下進行燒附後,通過第1~第3端子電極施加直流電壓而進行壓電體層27之極化。以此方式可獲得壓電振動元件14。
再者,例如,於若電極露出於積層體20之第1方向(圖中之z軸方向)上之端面則會產生問題之情形時,亦可設置包含壓電體等之保護層。於該情形時,較理想為使保護層之厚度足夠薄。
圖5係模式性地表示本發明之第2實施形態之壓電振動裝置15之立體圖。圖6係圖5中之D-D'線剖面圖。再者,於圖5、圖6中,為了容易作圖,而省略了壓電振動元件14之詳細構造之圖示。又,於本例中,對與上述第1實施形態不同之方面進行說明,對相同之構成要素標註相同之參照符號並省略重複說明。本例之壓電振動裝置15包含上述第1實施形態之壓電振動元件14與振動板12。
振動板12具有矩形之薄板狀之形狀,且一主面(圖中之-z方向側
之主面)接合於壓電振動元件14之第1方向之一側(圖中之+z方向側)之表面。再者,壓電振動元件14與振動板12係以使壓電振動元件14之長度方向與振動板12之寬度方向一致之方式接合。又,作為接合壓電振動元件14與振動板12之接合構件,例如,可使用接著劑或雙面膠帶等已知之各種接合構件。振動板12可使用各種已知之材料構成。例如,可較佳地使用丙烯酸系樹脂或玻璃等剛性及彈性較大之材料而形成振動板12。又,振動板12之厚度係例如設定為0.4mm~1.5mm左右。具有此種構成之本例之壓電振動裝置15係作為藉由施加電信號使壓電振動元件14彎曲振動而使振動板12振動之壓電振動裝置而發揮功能。
而且,本例之壓電振動裝置15中,壓電振動元件14中之以相鄰之方式配置並且連接於不同電位之電極彼此之間夾持壓電體層27而對向之部分即對向部P1之第2方向(圖中之x軸方向)上之中央C1位於與振動板12之第2方向上之中央C3不同之位置上。藉此,可分散振動板12之於第2方向上產生之駐波,因此可於振動板12之振動時減少特定頻率下之振幅之急遽變化。即,根據本例之壓電振動裝置15,可獲得具有與頻率之變化相應之振幅之急遽變化較少之振動特性的壓電振動裝置。
又,本例之壓電振動裝置15中,壓電振動元件14中之相鄰之電極彼此之間夾持壓電體層27而對向之部分即對向部P1之第2方向(圖中之x軸方向)上之中央C1、壓電振動元件14之第2方向上之中央C2、及振動板12之第2方向上之中央C3全部位於不同位置上。藉此,可進一步分散振動板12之於第2方向上產生之駐波,因此可進一步減少特定頻率下之振幅之急遽變化。
再者,若使對向部P1之第2方向上之中央C1與振動板12之第2方向上之中央C3之間隔變大,則降低振動板12之振動特性中於特定頻率下產生之峰值之位準的效果會變大,但產生之振動之強度整體上會
變小。由此,對向部P1之第2方向上之中央C1與振動板12之第2方向上之中央C3之間隔係根據所需之特性而適當設定。
圖7係模式性地表示本發明之第3實施形態之行動終端機之立體圖。圖8係圖7中之A-A'線剖面圖。圖9係圖7中之B-B'線剖面圖。再者,於圖8及圖9中,省略了壓電振動元件14之詳細構造之圖示。又,於本例中,對與上述第2實施形態不同之方面進行說明,對相同之構成要素標註相同之參照符號並省略重複說明。本例之行動終端機包含圖5、圖6所示之第2實施形態之壓電振動裝置15、電子電路17、顯示器18、及殼體19。
電子電路17生成輸入至壓電振動元件14之電信號。又,電子電路17中亦可包含對顯示於顯示器18之圖像資訊進行處理之電路、或通信電路等其他電路。再者,電子電路17與壓電振動元件14係經由未圖示之配線而連接。
顯示器18係具有顯示圖像資訊之功能之顯示裝置,例如,可較佳地使用液晶顯示器、電漿顯示器,及有機EL(Electro Luminescence,電致發光)顯示器等已知之顯示器。又,顯示器18亦可為包含如觸控面板之輸入裝置者。
殼體19具有1個面開口之箱狀之形狀。殼體19可使用已知之各種材料而形成。例如,可較佳地使用剛性及彈性較大之合成樹脂等材料而形成,但亦可使用金屬等其他材料而形成。
於本例之行動終端機中,壓電振動裝置15係設置於殼體19之開口部。振動板12係配置於較顯示器18更外側而與顯示器18一體化,且作為保護顯示器18之外罩而發揮功能。又,振動板12係僅一主面(圖中之-z方向側之主面)之周圍接合於殼體19,且可振動地安裝於殼體19。再者,殼體19與振動板12可使用例如接著劑或雙面膠帶等已知之
各種接合構件而接合。又,振動板12亦可為包含如觸控面板之輸入裝置者。
具有此種構成之本例之行動終端機可藉由使壓電振動元件14振動,而使振動板12振動從而產生聲頻。而且,可藉由該聲頻將聲音資訊傳遞給人。又,亦可使振動板12或殼體19直接或經由其他物體與耳朵等人體之一部分接觸而傳遞振動,藉此傳遞聲音資訊。
由於本例之行動終端機使用減少了特定頻率下之振幅之急遽變化之壓電振動裝置15而傳遞聲音資訊,故而可獲得能夠傳遞失真較小之高品質之聲音資訊的行動終端機。
本發明並不限定於上述實施形態,可於不脫離本發明之主旨之範圍內進行各種變更、改良。
例如,於上述第1實施形態中,表示了壓電振動元件14包含16層壓電體層27之例,但並不限定於此。壓電體層27之數量可較此更多或更少。
又,於上述第2及第3實施形態中,表示了包含第1實施形態之壓電振動元件14之例,但並不限定於此,亦可為包含其他形態之壓電振動元件者。
又,於上述第3實施形態中,表示了藉由振動板12之振動而傳遞聲音資訊之行動終端機之例,但並不限定於此。例如,亦可為如下行動終端機:於人之手指接觸於振動板12時,使振動板12振動而將振動傳遞給手指,從而明確地傳達手指接觸於振動板12之情況。
又,於上述第3實施形態中,表示了顯示器18之外罩作為振動板12而發揮功能之例,但並不限定於此。例如,亦可為顯示器18本身作為振動板12而發揮功能者。
其次,對本發明之壓電振動裝置之具體例進行說明。測定圖5、圖6所示之本發明之第2實施形態之壓電振動裝置之特性。
振動板12係使用長度為104mm、寬度為59mm、厚度為0.7mm之玻璃板,將第1方向之另一側(圖中之-z方向側)之主面之周圍以4mm之寬度接著並固定於鋁框。接著係使用厚度為0.15mm之雙面膠帶。振動元件14係設為長度為23.5mm、寬度為3.3mm、厚度為0.5mm之長方體狀。又,振動元件14係設為厚度為30μm左右之壓電體層27與內部電極21~25交替地積層而成之構造,壓電體層27之總數係設為16層。將壓電振動元件14中之相鄰之電極彼此之間夾持壓電體層27而對向之部分即對向部P1之第2方向(圖中之x軸方向)上之中央C1與壓電振動元件14之第2方向上之中央C2的差設為0.4mm。壓電體層27係由以Sb置換Zr之一部分而成之鋯鈦酸鉛(PZT)形成。振動板12與壓電振動元件14之接著係使用於不織布之基材之兩面塗佈丙烯酸系黏著劑而成之厚度為0.16mm的雙面膠帶,將振動元件14之第1方向之一側(圖中之+z方向側)之表面整體貼附於振動板12。將壓電振動元件14之對向部P1之第2方向(圖中之x軸方向)上之中央C1與振動板12之第2方向上之中央C3的差設為10.8mm。
繼而,對所製作之壓電振動裝置所產生之聲音之聲壓之頻率相依性進行評價。於進行評價時,於距離振動板12之第1方向之一側(圖中之+z方向側)之表面10mm之位置上設置有麥克風。繼而,對振動元件14輸入有效值為10.6V之正弦波信號,對藉由麥克風檢測出之聲壓進行評價。將該評價結果於圖10之圖表中以實線表示。又,將壓電振動元件中之相鄰之電極彼此之間夾持壓電體層而對向之部分即對向部之中央、壓電振動元件之中央、及振動板之中央全部一致之比較例之壓電振動裝置之評價結果於圖10之圖表中以虛線表示。再者,於圖10之圖表中,橫軸表示頻率,縱軸表示聲壓。根據圖10所示之圖表,
本發明之壓電振動裝置與比較例之壓電振動裝置進行比較時,減少了因頻率變化而導致之聲壓之急遽變化,尤其是於低頻側可獲得平滑且良好之聲壓特性。藉此可確認本發明之有效性。
14‧‧‧壓電振動元件
20‧‧‧積層體
21、22、23、24、25‧‧‧電極
27‧‧‧壓電體層
C1‧‧‧對向部之第2方向上之中央
C2‧‧‧壓電振動元件之第2方向上之中央
P1‧‧‧對向部
x‧‧‧第2方向
z‧‧‧第1方向
Claims (5)
- 一種壓電振動元件,其特徵在於:至少包含沿第1方向交替地配置之複數個電極與複數個壓電體層,且藉由輸入電信號,而以振幅沿垂直於上述第1方向之第2方向變化之方式在上述第1方向上彎曲振動;且以於上述第1方向上相鄰之方式配置並且連接於不同電位之上述電極彼此之間夾持上述壓電體層而對向之部分即對向部之上述第2方向上之中央位於與上述壓電振動元件之上述第2方向上之中央不同之位置上。
- 如請求項1之壓電振動元件,其具有於上述第2方向上較長之形狀。
- 一種壓電振動裝置,其特徵在於至少包含:如請求項1或2之壓電振動元件;及振動板,其接合於該壓電振動元件之上述第1方向上之一側之表面;且上述對向部之上述第2方向上之中央位於與上述振動板之上述第2方向上之中央不同之位置上。
- 如請求項3之壓電振動裝置,其中上述對向部之上述第2方向上之中央、上述壓電振動元件之上述第2方向上之中央、及上述振動板之上述第2方向上之中央全部位於不同位置上。
- 一種行動終端機,其特徵在於至少包含:殼體、設置於該殼體之如請求項3或4之壓電振動裝置、及生成輸入至上述壓電振動元件之電信號之電子電路。
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