JP2023124384A - piezoelectric vibration device - Google Patents
piezoelectric vibration deviceDownload PDFInfo
- Publication number
- JP2023124384A JP2023124384AJP2022028118AJP2022028118AJP2023124384AJP 2023124384 AJP2023124384 AJP 2023124384AJP 2022028118 AJP2022028118 AJP 2022028118AJP 2022028118 AJP2022028118 AJP 2022028118AJP 2023124384 AJP2023124384 AJP 2023124384A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- diaphragm
- protective layer
- piezoelectric element
- piezoelectric
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)
Abstract
Description
Translated fromJapanese本発明は、圧電素子及び振動板を備えている圧電振動装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a piezoelectric vibration device having a piezoelectric element and a diaphragm.
図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、導電性を有している平板状の振動板４１０に円板状の圧電素子４２０を接合した薄型の圧電スピーカ４００が開発されている。振動板４１０に接合された面とは反対側の圧電素子４２０の面には、電極４３１が取り付けられている。また、振動板４１０には、他の電極４３２が取り付けられている。 As shown in FIGS. 9(a) and 9(b), a thin
図９（ａ）に示す圧電スピーカ４００では、電極４３１にプラス極の電圧が印加されている一方で、電極４３２には、マイナス極の電圧が印加されている。この電圧印加により、圧電素子４２０は、径方向に伸長する。このとき、振動板４１０は、圧電素子４２０側に凸となるように弾性的に湾曲する。電極４３１，４３２に印加された電圧がなくなると、振動板４１０は、復元し、元の平板形状に戻る。 In the
図９（ｂ）に示す圧電スピーカ４００では、電極４３１，４３２に印加されている電圧の極は、図９（ａ）に示す電圧の極とは逆になっている。この状態では、圧電素子４２０は、径方向に収縮し、振動板４１０は、圧電素子４２０とは反対側に凸となるように弾性的に湾曲する。 In the
電極４３１，４３２に交流電圧を印加することにより、図９（ａ）に示す状態と、図９（ｂ）に示す状態と、が繰り返される。すなわち、振動板４１０は、圧電素子４２０側に凸となる湾曲変形及び圧電素子４２０とは反対側に凸となる湾曲変形を繰り返して、振動する。振動板４１０がこのように振動している場合に、振動板４１０が元の平板形状に復元するタイミングで電圧の極が切り替えられると、振動板４１０は、共振状態になり、振動板４１０の振幅が大きくなる。振動板４１０が大きな振幅で振動すれば、圧電スピーカ４００は、大きな音を発することができる。 By applying an AC voltage to the
振動板４１０の振動振幅を同一のエネルギの下で更に大きくするために、振動板４１０を軽量化することが考えられる。振動板４１０の厚さを低減することにより、振動板４１０は、軽くなるが、振動板４１０が湾曲変形した状態から平板状の形状に戻る際の復元力が小さくなり、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示す振動板４１０の振動を得られなくなる。このため、特許文献１では、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、振動板４１０の振動に必要とされる厚さを維持しつつ、振動板４１０を軽量化している。 In order to further increase the vibration amplitude of
具体的には、特許文献１の圧電スピーカ４００の振動板４１０は、３層構造を有しており、中央の層は、他の層よりも低密度のベース層４１１になっている。このベース層４１１の厚さは、振動板４１０がある程度の大きさの復元力を有するように設定されている。ベース層４１１において圧電素子４２０側の面には、表面層４１２が積層されている。表面層４１２は、ベース層４１１よりも高密度の導電性材料によって形成されており、圧電素子４２０は、表面層４１２に接合されている。圧電素子４２０は、以下の理由から、表面層４１２を介してベース層４１１に接合されている。 Specifically, the
ベース層４１１は、低密度であるので、ベース層４１１を構成している分子が互いに接近するような変形、すなわち、ベース層４１１の収縮が生じやすい。このため、仮に、圧電素子４２０がベース層４１１に直接的に接合された状態で圧電素子４２０が収縮した場合には、圧電素子４２０と接合された部分のみが圧電素子４２０の収縮に合わせて収縮し、ベース層４１１の湾曲変形量が小さくなり得る。したがって、特許文献１では、ベース層４１１よりも高密度の表面層４１２を設けて、この表面層４１２に圧電素子４２０が接合されている。 Since the
表面層４１２とは反対側において他の表面層４１３がベース層４１１に積層されている。他の表面層４１３は、表面層４１２と同材質であり、表面層４１２と略等しい厚さを有している。これにより、表面層４１２側と表面層４１３側とで振動板４１０の曲げ剛性が対称的になり、圧電素子４２０側における振動板４１０の振動振幅と反対側における振動振幅とが略等しくなる。これらの振動振幅が略等しくなることにより、圧電スピーカ４００から発せられる音の歪が抑制される。 Another
なお、図９（ａ）乃至図１０（ｂ）の圧電スピーカ４００の構造と略同一の構造を用いて、検出対象物の振動を検出する圧電振動センサを構成することが可能になる。すなわち、振動板４１０が検出対象物の振動を受けるように配置されれば、振動板４１０は、振動する。この振動に応じて圧電素子４２０が伸縮し、圧電素子４２０の伸縮量に応じた大きさの電圧が圧電素子４２０から出力されるので、振動検出センサとして機能し得る。圧電素子４２０から出力された電圧をモニタすることにより、検出対象物の振動を検出及び解析し得る。 It is possible to configure a piezoelectric vibration sensor that detects vibration of a detection target by using a structure that is substantially the same as the structure of the
図９（ａ）乃至図１０（ｂ）の圧電スピーカ４００は、薄いので、様々な装置（たとえば、スマートホン又は洗濯機）に搭載され得るが、圧電スピーカ４００が搭載された装置が置かれた環境によっては、その寿命が短くなり得る。たとえば、図９（ａ）乃至図１０（ｂ）の圧電スピーカ４００が洗濯機に搭載されれば、圧電スピーカ４００の寿命は、湿気により短くなり得る。また、同様の問題が圧電振動センサにも生じうる。 Since the
本発明は、圧電スピーカ及び圧電振動センサとして機能し得る圧電振動装置の寿命を長くする技術を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a technique for extending the life of a piezoelectric vibration device that can function as a piezoelectric speaker and a piezoelectric vibration sensor.
本開示における圧電振動装置は、振動板と、交流電圧の印加の下で伸縮して振動板を湾曲変形させながら振動板を振動させて音を発生させるように、又は、振動板が湾曲変形しながら振動している状態において振動板の振動に追随して伸縮して電圧信号を発生させるように、振動板の一方の面に接合された圧電素子と、圧電素子と振動板の一方の面とを被覆することによって圧電素子及び振動板を保護する第１保護層と、第１保護層とは反対側の振動板の他方の面を被覆することによって振動板を保護する第２保護層と、を備えている。第１保護層及び第２保護層は、振動板とともに湾曲変形可能である。振動板は、湾曲変形した状態から復元する復元力を生じさせる厚さを有しているベース層と、ベース層における第１保護層側の面及び圧電素子に接合され且つベース層よりも高密度の材質の表面層と、を有している。第２保護層は、表面層に接合されることなく、ベース層に接合されている。 The piezoelectric vibration device according to the present disclosure includes a diaphragm and a vibration plate that expands and contracts under the application of an AC voltage to generate sound by vibrating the diaphragm while bending and deforming the diaphragm, or by bending and deforming the diaphragm. a piezoelectric element bonded to one surface of the diaphragm so as to generate a voltage signal by expanding and contracting following the vibration of the diaphragm in a state of vibrating while the piezoelectric element and the one surface of the diaphragm are connected to each other; a first protective layer that protects the piezoelectric element and the diaphragm by covering a second protective layer that protects the diaphragm by covering the other surface of the diaphragm opposite to the first protective layer; It has The first protective layer and the second protective layer can bend and deform together with the diaphragm. The vibration plate includes a base layer having a thickness that generates a restoring force to restore from a curved and deformed state; and a surface layer made of a material of The second protective layer is bonded to the base layer without being bonded to the surface layer.
上述の圧電振動装置は、長寿命を有する。 The piezoelectric vibration device described above has a long life.
以下、図面を参照しながら、第１実施形態及び第２実施形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は、省略する場合がある。たとえば、既によく知られた事項の詳細説明、又は、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が必要以上に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。 Hereinafter, the first embodiment and the second embodiment will be described in detail with reference to the drawings. However, more detailed description than necessary may be omitted. For example, detailed descriptions of already well-known matters or redundant descriptions of substantially the same configurations may be omitted. This is to avoid the following description from becoming more redundant than necessary and to facilitate understanding by those skilled in the art. It should be noted that the accompanying drawings and the following description are provided to allow those skilled in the art to fully understand the present disclosure and are not intended to limit the claimed subject matter thereby.
（第１実施形態）
図１は、圧電スピーカとして機能する圧電振動装置１００の一部の概略的な平面図である。図２は、圧電振動装置１００の概略的な断面図である（図１のＩＩ－ＩＩ線に沿う断面図）。図１及び図２を参照して、圧電振動装置１００の構造を説明する。(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic plan view of part of a
（圧電振動装置の構造）
圧電振動装置１００は、略正方形状の振動板１１０と、振動板１１０に接合された平板状の圧電素子１２０と、振動板１１０を周方向に囲んでいる周囲層１１３と、周囲層１１３上に積層された剛性層１４０と、を備えている。(Structure of piezoelectric vibration device)
The
圧電素子１２０は、３０μｍ～５０μｍ程度の厚さを有している円板であり、圧電素子１２０の一方の面が振動板１１０に接合されている。圧電素子１２０は、たとえば、アクリル系接着剤を用いて振動板１１０に接着されていてもよい。圧電素子１２０は、圧電素子１２０の両面に交流電圧が印加されると、径方向において伸びたり縮んだりする特性を有している。また、圧電素子１２０は、圧電素子１２０の両面に印加される電圧が大きくなればなるほど、大きく伸縮する特性を有している。 The
本実施形態では、圧電素子１２０の一方の面（図２における上面）にプラス極の電圧が印加され、且つ、他方の面にマイナス極の電圧が印加されると、圧電素子１２０は、図３（ａ）に示すように、径方向において伸長するような特性を有している。また、図３（ｂ）に示すように、図３（ａ）の状態から電圧の極が逆転すると、圧電素子１２０は、径方向に収縮するような特性を有している。このような圧電素子１２０は、たとえば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）といった圧電素材を用いて形成可能である。 In the present embodiment, when a positive voltage is applied to one surface of the piezoelectric element 120 (upper surface in FIG. 2) and a negative voltage is applied to the other surface, the
なお、圧電素子１２０を上下に反転して振動板１１０に接合すれば、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す伸縮特性とは逆の伸縮特性を有する。すなわち、圧電素子１２０の一方の面（図２における上面）にマイナス極の電圧が印加され、他方の面にプラス極の電圧が印加された状態で、圧電素子１２０は、径方向に伸長するような特性を有する。この場合には、印加電圧の極の逆転によって、圧電素子１２０は、径方向に収縮するような特性を有する。 Note that if the
振動板１１０は、圧電素子１２０の伸縮に伴って湾曲変形する薄板状の部材（たとえば、４０μｍ程度の厚さの部材）である。振動板１１０は、２層構造を有しており、ベース層１１１と、圧電素子１２０側においてベース層１１１上に接合された表面層１１２と、により構成されている。表面層１１２には、圧電素子１２０が接合されている。 The
ベース層１１１は、表面層１１２よりも低密度の材料から形成されている。たとえば、ベース層１１１は、樹脂フィルム層であってもよいし、アルミニウム層であってもよい。ベース層１１１が樹脂により構成される場合には、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリアミド又はポリイミドが用いられてもよい。あるいは、ベース層１１１は、スチレンブタジエン系ゴム、ブタジエン系ゴム、ブチル系ゴム又はエチレンプロピレン系ゴムにより構成されてもよい。
ベース層１１１は、圧電素子１２０への電圧印加がなくなったときに、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す湾曲状態から図２に示す平板状の状態に戻るための復元力が得られる厚さを有しており、表面層１１２より厚くなっている。たとえば、ベース層１１１は、３０μｍの厚さを有している一方で、表面層１１２は、約１０μｍの厚さを有している。このように、ベース層１１１は、表面層１１２よりも厚くなっているが、上述の如く、表面層１１２よりも低密度の材質であるので、振動板１１０の重量の増加が抑制されている。 The
表面層１１２は、導電性の材料から形成されており、圧電素子１２０への電圧印加に利用される。また、表面層１１２は、ベース層１１１よりも高密度の材料から形成されている。たとえば、表面層１１２は、４２アロイ（４２Ｎｉ－Ｆｅ）の層であってもよいし、銅（Ｃｕ）の層であってもよい。表面層１１２は、ベース層１１１に対してファンデルワールス力によって接合されている。代替的に、表面層１１２及びベース層１１１は、接着剤によって接合されていてもよい。 The
表面層１１２は、平面視において、全体的に矩形状になっているが、一部が切り欠かれている。この切欠部分において、ベース層１１１の一部が表面層１１２から露出している。この切欠部分は、圧電素子１２０に電圧を印加するための電極１３２の配置に利用される。 The
表面層１１２は、ベース層１１１よりも高い密度の材質であり、圧電素子１２０が径方向に伸縮すると、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、圧電素子１２０側に凸となる方向とその反対方向において凸となる方向に湾曲変形する。このような表面層１１２の湾曲変形に追随して、表面層１１２に接合されたベース層１１１も湾曲変形する。 The
表面層１１２は、図２に示すように、圧電素子１２０側のベース層１１１の面にだけ接合されており、圧電素子１２０とは反対側には設けられていない。このため、振動板１１０は、表面層１１２側において高い剛性を有し、反対側では、低い剛性を有している。 As shown in FIG. 2, the
周囲層１１３は、ベース層１１１を周方向に囲むようにベース層１１１と一体的に形成されている。すなわち、周囲層１１３の材質は、ベース層１１１と同じ材質であり、周囲層１１３及びベース層１１１は、１つの樹脂層又はアルミニウム層を構成している。周囲層１１３は、図２に示すように、振動板１１０が装置３００に設けられた矩形状の開口３１０に重なった状態で圧電振動装置１００が配置されたときに、開口３１０の周囲において装置３００に重なる部分である。この状態で、周囲層１１３は、周囲層１１３を保護するための他の層（後述の第３保護層１５３及び第４保護層１５４）とともに装置３００に固定される。 The surrounding
周囲層１１３自体は、ベース層１１１と同じ低密度の材質であるので、装置３００に取り付けられる部分としては十分な剛性を有さないこともあり得る。このため、剛性層１４０が周囲層１１３に積層され、積層部分における剛性が高められている。すなわち、剛性層１４０が周囲層１１３に積層されることにより、装置３００に対する取付部分として適した剛性が得られる。
剛性層１４０は、平面視において略Ｃ型であり、振動板１１０を周方向に囲むように積層されている。本実施形態では、剛性層１４０は、周囲層１１３及びベース層１１１によって構成された樹脂層又はアルミニウム層において表面層１１２が設けられた面に積層されている。剛性層１４０は、表面層１１２の切欠部分と同方向に開口しており、この開口部分は、圧電素子１２０に電圧を印加するための電極１３１，１３２の配置に利用される。 The
剛性層１４０の材質は、表面層１１２と同じ材質であってもよい。また、装置３００に対する取付に十分な剛性が得られれば、剛性層１４０は、表面層１１２と同じ厚さを有していてもよい。なお、装置３００に対する取り付け部分の剛性を向上させるために、剛性層１４０は、表面層１１２よりも厚くてもよい。剛性層１４０は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、圧電振動装置１００が装置３００に取り付けられるときに、開口３１０の周縁部と全長に亘って重なるように配置され、この状態で、装置３００に固定されてもよい。 The material of the
剛性層１４０の内縁は、全長に亘って、表面層１１２の外縁から略一定の距離だけ離間している。このため、剛性層１４０の内縁と表面層１１２の外縁との間には、ベース層１１１の外縁に沿う周囲層１１３の内縁部分１１４が現れる。言い換えると、剛性層１４０は、周囲層１１３の内縁部分１１４の外側において周囲層１１３に積層されている。 The inner edge of
周囲層１１３の内縁部分１１４には、比較的高い剛性を有している表面層１１２及び剛性層１４０のいずれもが積層されていない。このため、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように振動板１１０が湾曲変形したときに、この湾曲変形に伴って、内縁部分１１４が大きく変形することが許容される。 Neither the
また、周囲層１１３の内縁部分１１４は、略一定の幅を有している。このため、振動板１１０は、圧電素子１２０の径方向におけるいずれかの方向に特異的に振動しやすい状態にはなっていない。すなわち、周囲層１１３の内縁部分１１４は、略正方形状の振動板１１０の四方において略均等に伸縮変形し得るようになっている。 Also, the
上述の如く、剛性層１４０の開口部分及び表面層１１２の切欠部分を利用して、電極１３１，１３２が配置されている。電極１３１は、表面層１１２と一体的に形成されており、周囲層１１３上に積層されている。電極１３１は、表面層１１２と同じく導電性である。 As described above, the
一方、電極１３２は、周囲層１１３だけでなく、表面層１１２の切欠領域においてベース層１１１上においても積層されている。電極１３２は、導電性及び伸縮性を有する接合材料により、表面層１１２が接合された側とは反対側の圧電素子１２０の面に接合されている。接合材料がある程度の伸縮性を有していることにより、圧電素子１２０の変形の下でも、圧電素子１２０及び電極１３２の接続部分の破断が生じにくくなる。接合材料としては、たとえば、銀に樹脂材料が配合された銀ペーストが利用されてもよいし、この銀ペーストに銅、金、ニッケル及びカーボンといった導体がフィラーとして更に配合されたペースト材料が用いられてもよい。また、接合材料の樹脂材料として、ニトリル基を有する樹脂バインダ（たとえば、アクリルニトリルゴム）、エポキシ樹脂を含有している樹脂バインダ及び／又はウレタン系樹脂を含有している樹脂バインダが用いられてもよい。他の樹脂材料として、熱可塑性のポリエステル系を有している樹脂バインダが用いられてもよい。このような樹脂バインダが用いられれば、柔軟性を有する接合材料を得ることができる。 On the other hand, the
振動板１１０、圧電素子１２０、剛性層１４０及び電極１３１，１３２を、湿気などの環境的な劣化因子から保護するために、図２に示すように、第１保護層１５１～第４保護層１５４が設けられている。第１保護層１５１～第４保護層１５４は、熱乾燥により重合硬化するアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂又はウレタン系樹脂から形成されてもよい。代替的に、第１保護層１５１～第４保護層１５４は、紫外線により光重合し硬化する材料（たとえば、ウレタンアクリレート系樹脂、エポキシアクリレート系樹脂又はポリエステルアクリレート系樹脂）から形成されてもよい。 In order to protect the
第１保護層１５１は、振動板１１０の表面層１１２及び圧電素子１２０を保護するために設けられている。すなわち、第１保護層１５１は、表面層１１２及び圧電素子１２０側において表面層１１２及び圧電素子１２０に積層されるように設けられており、これらを被覆している。第３保護層１５３は、第１保護層１５１とともに１つの樹脂層を形成するように第１保護層１５１を周方向に囲むように形成され、周囲層１１３上に積層されている。第３保護層１５３は、剛性層１４０及び電極１３１を保護するために設けられており、これらを被覆している。また、他方の電極１３２は、第１保護層１５１及び第３保護層１５３によって被覆されている。 The first
第２保護層１５２は、振動板１１０の厚さ方向（図２の上下方向）において第１保護層１５１とは反対側に設けられており、ベース層１１１を被覆している。すなわち、第２保護層１５２は、表面層１１２に接合されることなく、ベース層１１１に接合されている。また、第４保護層１５４は、第２保護層１５２とともに１つの樹脂層を形成するように第２保護層１５２を周方向に囲むように形成され、第３保護層１５３とは反対側の周囲層１１３の面上に積層されている。この結果、ベース層１１１及び周囲層１１３は、第２保護層１５２～第４保護層１５４によって保護される。 The second
第１保護層１５１～第４保護層１５４を構成している樹脂層の厚さは、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す振動板１１０及び圧電素子１２０の湾曲変形に追随して、第１保護層１５１～第４保護層１５４が湾曲変形できるように設定されている。 The thicknesses of the resin layers constituting the first to fourth
なお、第２保護層１５２は、第１保護層１５１と同じ材料から形成されている一方で、第１保護層１５１よりも高い剛性を有するように第１保護層１５１よりも厚くなっている。第２保護層１５２の厚さは、第２保護層１５２の曲げ剛性が、第１保護層１５１と表面層１１２とからなる積層体の曲げ剛性に近い値になるように設定されていてもよい。言い換えると、ベース層１１１を挟む２つの層（すなわち、第１保護層１５１及び表面層１１２の積層体の層，第２保護層１５２）の曲げ剛性が略等しくなっていてもよい。 The second
（動作の説明）
電極１３１，１３２に交流電圧が印加されると、圧電素子１２０及び振動板１１０は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すような湾曲変形を繰り返して振動する。(Description of operation)
When an AC voltage is applied to the
図３（ａ）に示す状態では、電極１３２を通じて圧電素子１２０の一方の面（上面）にプラス極の電圧が印加されるとともに、電極１３１及び表面層１１２を通じて圧電素子１２０の他面（下面）にマイナス極の電圧が印加されている。図３（ｂ）に示す状態では、電極１３２を通じて圧電素子１２０の一方の面（上面）にマイナス極の電圧が印加されるとともに、電極１３１及び表面層１１２を通じて圧電素子１２０の他面（下面）にプラス極の電圧が印加されている。 In the state shown in FIG. 3A, a positive voltage is applied to one surface (upper surface) of the
図３（ａ）に示す状態及び図３（ｂ）に示す状態のいずれにおいても、圧電素子１２０の両面間には電位差が生じ、この電位差により、圧電素子１２０は伸縮する。図３（ａ）に示す状態では、圧電素子１２０は、両面間の電位差により、径方向に伸長し、振動板１１０は、圧電素子１２０側において凸となるように湾曲している。一方、図３（ｂ）に示す状態では、圧電素子１２０は、両面間の電位差により、径方向に収縮し、振動板１１０は、圧電素子１２０とは反対側において凸となるように湾曲している。 In both the state shown in FIG. 3A and the state shown in FIG. 3B, a potential difference is generated between both surfaces of the
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す状態が所定の周波数で交互に繰り返されれば、振動板１１０は、所定の周波数で振動した状態になる。振動板１１０の振動の結果、振動板１１０の周囲の空気が震え、振動板１１０の振動周波数に対応する音が発生する。圧電素子１２０に印加する交流電圧の周波数を変更することによって、振動板１１０の振動周波数が変化し、圧電振動装置１００から発生する音の周波数を変更することが可能になる。 If the states shown in FIGS. 3A and 3B are alternately repeated at a predetermined frequency, the
図３（ａ）に示すように電圧を印加した後、この電圧がなくなると、振動板１１０は、図２に示す平板状の状態に戻る。このとき、図３（ｂ）に示すように電圧の極が切り替えられると、ベース層１１１の復元力による振動板１１０の変形方向と圧電素子１２０の収縮による振動板１１０の変形方向とが一致し、振動板１１０は、大きく湾曲変形することができる。このように、ベース層１１１の復元力による振動板１１０の変形方向と圧電素子１２０の伸縮による振動板１１０の変形方向とが一致するように、圧電素子１２０に印加される交流電圧の周波数が調整されれば、振動板１１０は、共振状態になる。この状態では、振動板１１０は、大きな振幅で振動し、圧電振動装置１００は、大きな音を発することができる。 After the voltage is applied as shown in FIG. 3(a), when the voltage is removed, the
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように振動板１１０が振動しているとき、振動板１１０の振動に応じて、周囲層１１３の内縁部分１１４も、図２における上下方向に撓み変形する。このため、振動板１１０の振動振幅は、周囲層１１３の内縁部分１１４の変形の分だけ大きくなり、圧電振動装置１００は、大きな音を発することができる。 When the
上述の実施形態では、第１保護層１５１及び第２保護層１５２により、振動板１１０、圧電素子１２０及び剛性層１４０が保護されるので、圧電振動装置１００は、長寿命を有する。 In the above-described embodiments, the first
上述の実施形態では、ベース層１１１の一方の面にのみ表面層１１２が設けられている。このため、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示す従来の振動板４１０（ベース層４１１を一対の表面層４１２，４１３で挟んだ振動板４１０）よりも表面層１１２を形成する工程が少なくなる。 In the above-described embodiments, the
ベース層１１１の一方の面にのみに表面層１１２が設けられる結果、振動板１１０は、表面層１１２側で高い曲げ剛性を有し、反対側で低い曲げ剛性を有している。このような曲げ剛性の分布により、振動板１１０自身の曲げやすさは、圧電素子１２０側に凸となる方向とその反対側に凸となる方向において相違する。仮に、互いに曲げ剛性が等しい第１保護層１５１及び第２保護層１５２が振動板１１０に積層されても、上述の曲げやすさの相違は解消されない。このため、振動板１１０、第１保護層１５１及び第２保護層１５２の積層体の振動振幅は、圧電素子１２０側に凸となる方向とその反対側に凸となる方向において相違する。この振動振幅の差は、音の歪を生じさせ得る。 As a result of providing the
一方、上述の実施形態では、第２保護層１５２の曲げ剛性は、第１保護層１５１の曲げ剛性よりも高くなっており、第１保護層１５１と表面層１１２との積層体の曲げ剛性に近い値になっている。すなわち、ベース層１１１を挟んだ２つの層（すなわち、第１保護層１５１と表面層１１２との積層体の層及び第２保護層１５２）の曲げ剛性が略等しくなっている。この結果、振動板１１０、第１保護層１５１及び第２保護層１５２の積層体の曲げやすさは、圧電素子１２０側に凸となる方向とその反対側に凸となる方向において略等しくなる。言い換えると、これらの方向において、振動板１１０、第１保護層１５１及び第２保護層１５２の積層体の振動振幅は略等しくなり、音の歪が抑制される。 On the other hand, in the above-described embodiment, the flexural rigidity of the second
上述の実施形態では、第１保護層１５１及び第２保護層１５２は、同じ材料から構成されている。代替的に、第２保護層１５２は、第１保護層１５１を構成している材料よりも硬質の材料によって構成されてもよい。この場合、第２保護層１５２の厚さが第１保護層１５１の厚さ未満であっても、第２保護層１５２の曲げ剛性が第１保護層１５１と表面層１１２とからなる積層体の曲げ剛性に略等しくなるという条件が満たされ得る。したがって、第２保護層１５２を比較的硬質の材料を用いて形成することにより、圧電振動装置１００の厚さを低減することが可能になる。 In the embodiments described above, the first
剛性層１４０は、図４及び図５に示すように、圧電素子１２０とは反対側の面において、周囲層１１３に積層されていてもよい。図４及び図５に示す圧電振動装置１００では、
剛性層１４０は、周囲層１１３の下面に積層されているのに対して、電極１３１，１３２は、周囲層１１３の上面に積層されており、剛性層１４０と電極１３１，１３２との干渉は生じない。このため、剛性層１４０には、電極１３１，１３２を配設するための開口領域を設ける必要はなく、振動板１１０を完全に囲むように形成されていてもよい。たとえば、剛性層１４０は、図４及び図５に示すように、平面視において、Ｃ型ではなく、略正方形の枠形状に形成されていてもよい。The
The
図４及び図５に示す圧電振動装置１００では、剛性層１４０は、周囲層１１３及びベース層１１１によって構成された樹脂層又はアルミニウム層の下面に積層されているのに対して、表面層１１２は、当該樹脂層又はアルミニウム層の上面に積層されている。この場合、剛性層１４０は、ベース層１１１に表面層１１２に積層する積層工程とは別異の積層工程で形成され得る。剛性層１４０の形成のために、表面層１１２用の積層工程とは別異の積層工程が設けられる場合、剛性層１４０を表面層１１２とは異なる材料から形成しても、表面層１１２及び剛性層１４０を形成するための手間はあまり変わらない。したがって、剛性層１４０は、たとえば、表面層１１２よりも硬質に形成されていてもよい。 In the
図４及び図５に示す圧電振動装置１００では、剛性層１４０を保護する第３保護層１５３は、第２保護層１５２とともに１つの樹脂層を形成するように設けられている。すなわち、第３保護層１５３は、第２保護層１５２を周方向に囲むように形成され、周囲層１１３上に積層されている。一方、第４保護層１５４は、第１保護層１５１を周方向に囲むように周囲層１１３上に積層されており、第１保護層１５１とともに１つの樹脂層を形成している。 In the
図１～図５に示す圧電振動装置１００では、第１保護層１５１～第４保護層１５４は、ベース層１１１及び周囲層１１３によって構成された樹脂層又はアルミニウム層の両側を全体的に被覆している。この場合、第１保護層１５１～第４保護層１５４は、圧電振動装置１００に対して優れた保護機能を発揮し得る一方で、周囲層１１３の内縁部分１１４の変形を抑制するようにも作用する。この抑制作用を低減するために、第１保護層１５１～第４保護層１５４の樹脂層は、内縁部分１１４を拘束しないように形成されてもよい。たとえば、図６に示すように、第１保護層１５１と第３保護層１５３との間及び第２保護層１５２と第４保護層１５４との間に空隙１５５が形成されていてもよい。この場合、空隙１５５が周囲層１１３の内縁部分１１４に対応する位置に形成されるので、内縁部分１１４は、第１保護層１５１～第４保護層１５４によっては拘束されない。なお、図６に示す圧電振動装置１００は、空隙１５５が形成されている点を除いて、図１及び図２に示す圧電振動装置１００と同じ構成を有している。 In the
図６に示す圧電振動装置１００では、内縁部分１１４は、第１保護層１５１～第４保護層１５４によって被覆されていないので、内縁部分１１４の変形は、第１保護層１５１～第４保護層１５４によって妨げられない。したがって、振動板１１０は、空隙１５５が形成されていない場合と比べて、大きな振幅で振動し得る。 In the
図６に示す圧電振動装置１００では、空隙１５５は、第１保護層１５１と第３保護層１５３との間及び第２保護層１５２と第４保護層１５４との間の両方に形成されている。代替的に、空隙１５５は、圧電素子１２０側とその反対側とで振動板１１０の振幅差が過度に大きくならなければ、一方の側のみに形成されていてもよい。この場合、振動板１１０の振動振幅は、図６に示す圧電振動装置１００の振動振幅よりも小さくなり得るが、第１保護層１５１～第４保護層１５４による保護効果が高められ得る。 In the
空隙１５５は、図４及び図５に示す圧電振動装置１００に形成されてもよい。図４及び図５に示す圧電振動装置１００に空隙１５５が形成されても、振動板１１０の振動振幅を大きくすることができる。 The
図１～図６に示す圧電振動装置１００は、剛性層１４０を備えている。代替的に、周囲層１１３、第３保護層１５３及び第４保護層１５４の積層体が、装置３００への取付に十分な剛性を有していれば、圧電振動装置１００は、図７に示すように、剛性層１４０を有さなくてもよい。なお、図７に示す圧電振動装置１００は、剛性層１４０を有さない点を除いて、図１及び図２に示す圧電振動装置１００と同じ構成を有している。 The piezoelectric vibrating
上述の実施形態に係る一の局面に係る圧電振動装置１００は、振動板１１０と、交流電圧の印加の下で伸縮して振動板１１０を湾曲変形させながら振動板１１０を振動させて音を発生させるように、又は、振動板１１０が湾曲変形しながら振動している状態において振動板１１０の振動に追随して伸縮して電圧信号を発生させるように、振動板１１０の一方の面に接合された圧電素子１２０と、圧電素子１２０と振動板１１０の一方の面とを被覆することによって圧電素子１２０及び振動板１１０を保護する第１保護層１５１と、第１保護層１５１とは反対側の振動板１１０の他方の面を被覆することによって振動板１１０を保護する第２保護層１５２と、を備えている。第１保護層１５１及び第２保護層１５２は、振動板１１０とともに湾曲変形可能である。振動板１１０は、湾曲変形した状態から復元する復元力を生じさせる厚さを有しているベース層１１１と、ベース層１１１における第１保護層１５１側の面及び圧電素子１２０に接合され且つベース層１１１よりも高密度の材質の表面層１１２と、を有している。第２保護層１５２は、表面層１１２に接合されることなく、ベース層１１１に接合されている。 The
上述の構成によれば、圧電素子１２０に交流電圧が印加された場合には、圧電素子１２０は、振動板１１０を湾曲変形させながら振動板１１０を振動させて音を発生させるので、圧電振動装置１００は、圧電スピーカとして機能し得る。一方、振動板１１０が湾曲変形しながら振動している状態で圧電素子１２０が振動板１１０の振動に追随して伸縮すれば、圧電素子１２０は電圧信号を発生させるので、圧電振動装置１００は、振動を検出する圧電振動センサとして機能し得る。 According to the above configuration, when an AC voltage is applied to the
圧電素子１２０及び振動板１１０は、第１保護層１５１及び第２保護層１５２によって被覆されていることによって保護され、圧電振動装置１００は、長寿命を有する。また、第２保護層１５２は、表面層１１２に接合されることなく、ベース層１１１に接合されており、第２保護層１５２とベース層１１１との間には、表面層１１２は介在していない。このため、ベース層１１１を一対の表面層１１２で挟んだ従来の振動板よりも表面層１１２を形成する工程が少なくなり、圧電振動装置１００の製造工程が簡素化され得る。 The
上述の構成において、第２保護層１５２の曲げ剛性は、第１保護層１５１の曲げ剛性よりも大きくてもよい。 In the configuration described above, the bending rigidity of the second
比較的高剛性の表面層１１２がベース層１１１の一方の面にのみ積層された場合、振動板１１０は、表面層１１２側において高い剛性を有し、その反対側において低い剛性を有する。このような剛性分布に起因して、振動板１１０自体を表面層１１２側に湾曲させるときと、その反対側に湾曲させるときと、において曲げやすさが相違する。このような振動板１１０に、仮に、互いに曲げ剛性が等しい第１保護層１５１及び第２保護層１５２を積層したとしても、上述の曲げやすさの相違は解消されない。この曲げやすさの相違は、表面層１１２側に湾曲変形した振動板１１０の振幅と、その反対側に湾曲変形した振動板１１０の振幅と、の差になって現れる。この状態で、圧電振動装置１００が圧電スピーカとして用いられれば、圧電振動装置１００が発する音に歪が生じ得る。また、圧電振動装置１００が圧電振動センサとして用いられれば、振動板１１０が表面層１１２側に湾曲変形したときと、その反対側に湾曲変形したときと、の間で振動の検出精度が相違し得る。 When the relatively high-
このため、上述の構成では、振動板１１０に積層される第２保護層１５２の曲げ剛性を第１保護層１５１の曲げ剛性よりも高くしている。この場合、第１保護層１５１と表面層１１２との積層体の曲げ剛性と第２保護層１５２の曲げ剛性との差が低減され得る。すなわち、ベース層１１１を挟む２つの層（すなわち、第１保護層１５１と表面層１１２との積層体の層と第２保護層１５２）の曲げ剛性が近い値になり、振動板１１０の湾曲方向による曲げやすさの相違が抑制される。 Therefore, in the above configuration, the bending rigidity of the second
上述の構成において、第２保護層１５２の材質は、第１保護層１５１と同じ材質であってもよい。第２保護層１５２は、第１保護層１５１よりも厚くてもよい。 In the above configuration, the material of the second
上述の構成によれば、第１保護層１５１及び第２保護層１５２が互いに同じ材質であるので、圧電振動装置１００の製造が容易になり得る。この場合において、第２保護層１５２を第１保護層１５１よりも厚くすることにより、第２保護層１５２の曲げ剛性を第１保護層１５１の曲げ剛性よりも高くすることができる。 According to the above configuration, since the first
上述の構成において、第２保護層１５２は、第１保護層１５１よりも硬質の材料から形成されているとともに第１保護層１５１の厚さ未満の厚さを有していてもよい。 In the configuration described above, the second
上述の構成によれば、第２保護層１５２は、第１保護層１５１よりも硬質の材料から形成されている。このため、第２保護層１５２が第１保護層１５１の厚さ未満の厚さを有していても、第１保護層１５１と表面層１１２との積層体の層と第２保護層１５２の曲げ剛性が近い値になり得る。 According to the configuration described above, the second
上述の構成において、圧電振動装置１００は、ベース層１１１と同じ材料でベース層１１１を周方向に囲むように構成されているとともに、ベース層１１１と一体的に形成された周囲層１１３と、振動板１１０の一方の面又は他方の面と同じ方向を向いた周囲層１１３の面に積層されることにより、振動板１１０の周囲における剛性を高めて、圧電振動装置１００を他の装置３００に取り付け可能にする剛性層１４０と、剛性層１４０を被覆することにより剛性層１４０を保護する第３保護層１５３と、を更に備えていてもよい。 In the above-described configuration, the
上述の構成によれば、周囲層１１３において剛性層１４０が積層された部分は、高い剛性を有しているので、他の装置３００への圧電振動装置１００の取付に利用可能である。剛性層１４０は、第３保護層１５３によって被覆されることによって保護される。 According to the above configuration, the portion of the
上述の構成において、周囲層１１３は、ベース層１１１の外縁に沿う内縁部分１１４を有していてもよい。剛性層１４０は、内縁部分１１４が振動板１１０の振動に追随して変形することを許容するように内縁部分１１４の外側で周囲層１１３に積層されていてもよい。第３保護層１５３は、内縁部分１１４を拘束しないように剛性層１４０を被覆していてもよい。 In the configurations described above, the
上述の構成によれば、周囲層１１３は、ベース層１１１と同じ材料から形成されているので、比較的低い密度を有しており、ベース層１１１の外縁に沿う周囲層１１３の内縁部分１１４は、振動板１１０の振動に追随して変形し得る。周囲層１１３の内縁部分１１４が振動板１１０の振動に追随して大きく変形すれば、振動板１１０の振動振幅は、大きくなり得る。振動板１１０が大きな振幅で振動すれば、圧電振動装置１００が圧電スピーカとして用いられる場合には、振動板１１０から大きな音を発生させることができる。また、圧電振動装置１００が圧電振動センサとして機能する場合には、電圧信号を大きくし、振動の検出精度を高め得る。このため、周囲層１１３の内縁部分１１４の大きな変形を得ることが可能になるように、剛性層１４０及び第３保護層１５３の形成位置が設定されている。すなわち、周囲層１１３の剛性層１４０は、周囲層１１３の内縁部分１１４の外側において周囲層１１３に積層されているので、周囲層１１３の内縁部分１１４は、剛性層１４０に妨げられることなく、振動板１１０の振動に追随して変形することができる。また、第３保護層１５３は、周囲層１１３の内縁部分１１４を拘束しないように剛性層１４０を被覆しているので、内縁部分１１４は、第３保護層１５３に妨げられることなく振動板１１０の振動に追随して変形することができる。 According to the above configuration, the surrounding
（第２実施形態）
図１～図７に示す圧電振動装置１００は、検出対象物の振動を検出する圧電振動センサとしても機能し得る。すなわち、検出対象物の振動が振動板１１０に伝達されれば、振動板１１０が振動する。振動板１１０が振動すれば、振動板１１０に接合された圧電素子１２０が伸縮し、圧電素子１２０の伸縮量に応じた電位差が圧電素子１２０に生じ得る。圧電素子１２０に生じた電位差を検出することによって、検出対象物の振動が検出され得る。第２実施形態では、図１及び図２に示す圧電振動装置１００が圧電振動センサとして機能する場合を、図８を参照して説明する。(Second embodiment)
The
圧電振動装置１００は、検出対象物である装置３００（たとえば、洗濯機）に取り付けられている。装置３００には、振動板１１０の振動を妨げないように、振動板１１０よりも広い略正方形状の開口３１０が形成されている。 The
圧電振動装置１００は、剛性層１４０が開口３１０の周囲における装置３００の部分に重ねられている一方で、剛性層１４０の内側の領域全体が開口３１０に重なるように装置３００に固定されている。この状態で、装置３００が振動すれば、この振動は、圧電振動装置１００に伝達され、剛性層１４０の内側の振動板１１０及び内縁部分１１４も振動する。この結果、振動板１１０は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように変形し得る。 The piezoelectric vibrating
図３（ａ）に示す状態では、振動板１１０は、圧電素子１２０側に凸となる方向に湾曲変形している。この湾曲変形に追随して、圧電素子１２０は、径方向に伸長し、圧電素子１２０の両面の間に電位差が生ずる。また、振動板１１０の湾曲変形量が大きくなればなるほど、圧電素子１２０の伸長量が大きくなり、圧電素子１２０に生ずる電位差が大きくなる。一方、図３（ｂ）に示すように、振動板１１０が逆向きに湾曲変形すれば、圧電素子１２０は収縮する。この場合においては、振動板１１０の湾曲変形量が大きくなればなるほど、圧電素子１２０の収縮量が大きくなり、圧電素子１２０に生ずる電位差が大きくなる。 In the state shown in FIG. 3A, the
図３（ａ）に示す状態では、圧電素子１２０の一方の面（上面）がプラスの電位を有し、圧電素子１２０の他面（下面）がマイナスの電位を有した状態が生じている。一方、図３（ｂ）に示す状態では、圧電素子１２０の他面（下面）がプラスの電位を有し、圧電素子１２０の一方の面（上面）がマイナスの電位を有した状態が生じている。圧電素子１２０の両面には、電極１３１，１３２がそれぞれ接続されているので、圧電素子１２０に生じた電位差の情報は、電圧信号として電極１３１，１３２から出力される。電極１３１，１３２は、振動解析機（たとえば、マイクロコンピュータ）に電気的に接続されていてもよい。この場合には、振動解析機は、電圧信号のプラス極とマイナス極との切り替わりの周波数に基づいて、圧電振動装置１００、ひいては、装置３００の振動周波数に関する情報を取得することができる。また、電圧信号の大きさから、振動解析機は、圧電振動装置１００、ひいては、装置３００の振動振幅に関する情報を取得することができる。 In the state shown in FIG. 3A, one surface (upper surface) of the
圧電振動装置１００が、図６に示す構造を有している場合、第１保護層１５１及び第２保護層１５２には、空隙１５５が形成されている。空隙１５５の形成領域において、周囲層１１３は、大きく変形することできるので、振動板１１０は、より大きな振幅で振動し、圧電素子１２０の伸縮量が大きくなる。この場合、検出対象物（装置３００）の振動振幅が等しいという条件の下では、空隙１５５が形成されている場合には、空隙１５５が形成されていない場合と比べて、検出対象物の振動振幅に対してより大きな電圧信号が出力される。したがって、空隙１５５の形成によって、検出対象物の振動振幅をより精度よく検出することが可能になる。 When the piezoelectric vibrating
第２実施形態に係る一の局面に係る圧電振動装置１００は、第１実施形態と同様に、振動板１１０と、交流電圧の印加の下で伸縮して振動板１１０を湾曲変形させながら振動板１１０を振動させて音を発生させるように、又は、振動板１１０が湾曲変形しながら振動している状態において振動板１１０の振動に追随して伸縮して電圧信号を発生させるように、振動板１１０の一方の面に接合された圧電素子１２０と、圧電素子１２０と振動板１１０の一方の面とを被覆することによって圧電素子１２０及び振動板１１０を保護する第１保護層１５１と、第１保護層１５１とは反対側の振動板１１０の他方の面を被覆することによって振動板１１０を保護する第２保護層１５２と、を備えている。第１保護層１５１及び第２保護層１５２は、振動板１１０とともに湾曲変形可能である。振動板１１０は、湾曲変形した状態から復元する復元力を生じさせる厚さを有しているベース層１１１と、ベース層１１１における第１保護層１５１側の面及び圧電素子１２０に接合され且つベース層１１１よりも高密度の材質の表面層１１２と、を有している。第２保護層１５２は、表面層１１２に接合されることなく、ベース層１１１に接合されている。 A
上述の構成において、第２保護層１５２の曲げ剛性は、第１実施形態と同様に、第１保護層１５１の曲げ剛性よりも大きくてもよい。 In the above configuration, the flexural rigidity of the second
上述の構成において、第２保護層１５２の材質は、第１実施形態と同様に、第１保護層１５１と同じ材質であってもよい。第２保護層１５２は、第１保護層１５１よりも厚くてもよい。 In the above configuration, the material of the second
上述の構成において、第２保護層１５２は、第１実施形態と同様に、第１保護層１５１よりも硬質の材料から形成されているとともに第１保護層１５１の厚さ未満の厚さを有していてもよい。 In the above configuration, the second
上述の構成において、圧電振動装置１００は、第１実施形態と同様に、ベース層１１１と同じ材料でベース層１１１を周方向に囲むように構成されているとともに、ベース層１１１と一体的に形成された周囲層１１３と、振動板１１０の一方の面又は他方の面と同じ方向を向いた周囲層１１３の面に積層されることにより、振動板１１０の周囲における剛性を高めて、圧電振動装置１００を他の装置３００に取り付け可能にする剛性層１４０と、剛性層１４０を被覆することにより剛性層１４０を保護する第３保護層１５３と、を更に備えていてもよい。 In the above-described configuration, the
上述の構成において、周囲層１１３は、第１実施形態と同様に、ベース層１１１の外縁に沿う内縁部分１１４を有していてもよい。剛性層１４０は、内縁部分１１４が振動板１１０の振動に追随して変形することを許容するように内縁部分１１４の外側で周囲層１１３に積層されていてもよい。第３保護層１５３は、内縁部分１１４を拘束しないように剛性層１４０を被覆していてもよい。 In the configuration described above, the surrounding
（効果等）
上述の実施形態に係る圧電振動装置１００は、以下の特徴を有しているとともに、以下の効果を奏する。(effects, etc.)
The
上述の実施形態に係る一の局面に係る圧電振動装置は、振動板と、交流電圧の印加の下で伸縮して振動板を湾曲変形させながら振動板を振動させて音を発生させるように、又は、振動板が湾曲変形しながら振動している状態において振動板の振動に追随して伸縮して電圧信号を発生させるように、振動板の一方の面に接合された圧電素子と、圧電素子と振動板の一方の面とを被覆することによって圧電素子及び振動板を保護する第１保護層と、第１保護層とは反対側の振動板の他方の面を被覆することによって振動板を保護する第２保護層と、を備えている。第１保護層及び第２保護層は、振動板とともに湾曲変形可能である。振動板は、湾曲変形した状態から復元する復元力を生じさせる厚さを有しているベース層と、ベース層における第１保護層側の面及び圧電素子に接合され且つベース層よりも高密度の材質の表面層と、を有している。第２保護層は、表面層に接合されることなく、ベース層に接合されている。 A piezoelectric vibration device according to one aspect of the above-described embodiment includes a diaphragm and a vibrating diaphragm that expands and contracts under the application of an AC voltage to bend and deform the diaphragm so as to generate sound by vibrating the diaphragm. Alternatively, a piezoelectric element bonded to one surface of the diaphragm so as to generate a voltage signal by expanding and contracting following the vibration of the diaphragm while the diaphragm vibrates while bending and deforming; and one surface of the diaphragm to protect the piezoelectric element and the diaphragm, and the diaphragm by covering the other surface of the diaphragm opposite to the first protective layer and a second protective layer for protection. The first protective layer and the second protective layer can bend and deform together with the diaphragm. The vibration plate includes a base layer having a thickness that generates a restoring force to restore from a curved and deformed state; and a surface layer made of a material of The second protective layer is bonded to the base layer without being bonded to the surface layer.
上述の構成によれば、圧電素子に交流電圧が印加された場合には、圧電素子は、振動板を湾曲変形させながら振動板を振動させて音を発生させるので、圧電振動装置は、圧電スピーカとして機能し得る。一方、振動板が湾曲変形しながら振動している状態で圧電素子が振動板の振動に追随して伸縮すれば、圧電素子は電圧信号を発生させるので、圧電振動装置は、振動を検出する圧電振動センサとして機能し得る。 According to the above configuration, when an AC voltage is applied to the piezoelectric element, the piezoelectric element vibrates the diaphragm while bending and deforming the diaphragm to generate sound. can function as On the other hand, if the piezoelectric element expands and contracts following the vibration of the diaphragm while the diaphragm vibrates while bending and deforming, the piezoelectric element generates a voltage signal. It can function as a vibration sensor.
圧電素子及び振動板は、第１保護層及び第２保護層によって被覆されていることによって保護され、圧電振動装置は、長寿命を有する。また、第２保護層は、表面層に接合されることなく、ベース層に接合されており、第２保護層とベース層との間には、表面層は介在していない。このため、ベース層を一対の表面層で挟んだ従来の振動板よりも表面層を形成する工程が少なくなり、圧電振動装置の製造工程が簡素化され得る。 The piezoelectric element and the diaphragm are protected by being covered with the first protective layer and the second protective layer, and the piezoelectric vibration device has a long life. The second protective layer is joined to the base layer without being joined to the surface layer, and no surface layer is interposed between the second protective layer and the base layer. Therefore, the number of steps for forming the surface layers is reduced as compared with the conventional diaphragm in which the base layer is sandwiched between the pair of surface layers, and the manufacturing process of the piezoelectric vibration device can be simplified.
上述の構成において、第２保護層の曲げ剛性は、第１保護層の曲げ剛性よりも大きくてもよい。 In the above configuration, the flexural rigidity of the second protective layer may be greater than the flexural rigidity of the first protective layer.
比較的高剛性の表面層がベース層の一方の面にのみ積層された場合、振動板は、表面層側において高い剛性を有し、その反対側において低い剛性を有する。このような剛性分布に起因して、振動板自体を表面層側に湾曲させるときと、その反対側に湾曲させるときと、において曲げやすさが相違する。このような振動板に、仮に、互いに曲げ剛性が等しい第１保護層及び第２保護層を積層したとしても、上述の曲げやすさの相違は解消されない。この曲げやすさの相違は、表面層側に湾曲変形した振動板の振幅と、その反対側に湾曲変形した振動板の振幅と、の差になって現れる。この状態で、圧電振動装置が圧電スピーカとして用いられれば、圧電振動装置が発する音に歪が生じ得る。また、圧電振動装置が圧電振動センサとして用いられれば、振動板が表面層側に湾曲変形したときと、その反対側に湾曲変形したときと、の間で振動の検出精度が相違し得る。 When a relatively high-rigidity surface layer is laminated only on one surface of the base layer, the diaphragm has high rigidity on the surface layer side and low rigidity on the opposite side. Due to such a rigidity distribution, the easiness of bending differs between when the diaphragm itself is bent toward the surface layer side and when it is bent toward the opposite side. Even if a first protective layer and a second protective layer having the same flexural rigidity are laminated on such a diaphragm, the above-described difference in ease of bending cannot be eliminated. This difference in ease of bending appears as a difference between the amplitude of the diaphragm curvedly deformed toward the surface layer side and the amplitude of the diaphragm curvedly deformed toward the opposite side. If the piezoelectric vibration device is used as a piezoelectric speaker in this state, the sound emitted by the piezoelectric vibration device may be distorted. Further, if the piezoelectric vibration device is used as a piezoelectric vibration sensor, the vibration detection accuracy may differ between when the diaphragm bends toward the surface layer side and when it bends toward the opposite side.
このため、上述の構成では、振動板に積層される第２保護層の曲げ剛性を第１保護層の曲げ剛性よりも高くしている。この場合、第１保護層と表面層との積層体の曲げ剛性と第２保護層の曲げ剛性との差が低減され得る。すなわち、ベース層を挟む２つの層（すなわち、第１保護層と表面層との積層体の層と第２保護層）の曲げ剛性が近い値になり、振動板の湾曲方向による曲げやすさの相違が抑制される。 Therefore, in the above configuration, the bending rigidity of the second protective layer laminated on the diaphragm is made higher than the bending rigidity of the first protective layer. In this case, the difference between the flexural rigidity of the laminate of the first protective layer and the surface layer and the flexural rigidity of the second protective layer can be reduced. That is, the flexural rigidity of the two layers sandwiching the base layer (that is, the layer of the laminate of the first protective layer and the surface layer and the second protective layer) has a similar value, and the ease of bending depending on the bending direction of the diaphragm. Differences are suppressed.
上述の構成において、第２保護層の材質は、第１保護層と同じ材質であってもよい。第２保護層は、第１保護層よりも厚くてもよい。 In the above configuration, the material of the second protective layer may be the same as that of the first protective layer. The second protective layer may be thicker than the first protective layer.
上述の構成によれば、第１保護層及び第２保護層が互いに同じ材質であるので、圧電振動装置の製造が容易になり得る。この場合において、第２保護層を第１保護層よりも厚くすることにより、第２保護層の曲げ剛性を第１保護層の曲げ剛性よりも高くすることができる。 According to the above configuration, since the first protective layer and the second protective layer are made of the same material, the piezoelectric vibration device can be easily manufactured. In this case, by making the second protective layer thicker than the first protective layer, the bending rigidity of the second protective layer can be made higher than the bending rigidity of the first protective layer.
上述の構成において、第２保護層は、第１保護層よりも硬質の材料から形成されているとともに第１保護層の厚さ未満の厚さを有していてもよい。 In the above configuration, the second protective layer may be made of a harder material than the first protective layer and have a thickness less than that of the first protective layer.
上述の構成によれば、第２保護層は、第１保護層よりも硬質の材料から形成されているので、第２保護層が第１保護層の厚さ未満の厚さを有していても、第１保護層と表面層との積層体の層と第２保護層の曲げ剛性が近い値になり得る。 According to the above configuration, the second protective layer is made of a harder material than the first protective layer, so the thickness of the second protective layer is less than that of the first protective layer. Also, the flexural rigidity of the laminate of the first protective layer and the surface layer and that of the second protective layer can be close to each other.
上述の構成において、圧電振動装置は、ベース層と同じ材料でベース層を周方向に囲むように構成されているとともに、ベース層と一体的に形成された周囲層と、振動板の一方の面又は他方の面と同じ方向を向いた周囲層の面に積層されることにより、振動板の周囲における剛性を高めて、圧電振動装置を他の装置に取り付け可能にする剛性層と、剛性層を被覆することにより剛性層を保護する第３保護層と、を更に備えていてもよい。 In the above configuration, the piezoelectric vibration device is configured to surround the base layer with the same material as that of the base layer in the circumferential direction. Alternatively, a rigid layer that is laminated on the surface of the surrounding layer that faces the same direction as the other surface increases the rigidity around the diaphragm so that the piezoelectric vibration device can be attached to other devices, and the rigid layer. A third protective layer that protects the rigid layer by covering it may further be provided.
上述の構成によれば、周囲層において剛性層が積層された部分は、高い剛性を有しているので、他の装置への圧電振動装置の取り付けに利用可能である。剛性層は、第３保護層によって被覆されることによって保護される。 According to the above configuration, the portion of the peripheral layer where the rigid layer is laminated has high rigidity, and thus can be used to attach the piezoelectric vibration device to another device. The rigid layer is protected by being covered with a third protective layer.
上述の構成において、周囲層は、ベース層の外縁に沿う内縁部分を有していてもよい。剛性層は、内縁部分が振動板の振動に追随して変形することを許容するように内縁部分の外側で周囲層に積層されていてもよい。第３保護層は、内縁部分を拘束しないように剛性層を被覆していてもよい。 In the configurations described above, the peripheral layer may have an inner edge portion that follows the outer edge of the base layer. The rigid layer may be laminated to the surrounding layer outside the inner edge portion to allow the inner edge portion to deform following vibration of the diaphragm. The third protective layer may cover the rigid layer so as not to constrain the inner edge portion.
上述の構成によれば、周囲層は、ベース層と同じ材料から形成されているので、比較的低い密度を有しており、ベース層の外縁に沿う周囲層の内縁部分は、振動板の振動に追随して変形し得る。内縁部分が振動板の振動に追随して大きく変形すれば、振動板の振動振幅は、大きくなり得る。振動板が大きな振幅で振動すれば、圧電振動装置が圧電スピーカとして用いられる場合には、振動板から大きな音を発生させることができるし、圧電振動装置が圧電振動センサとして機能する場合には、電圧信号を大きくし、振動の検出精度を高め得る。このため、周囲層の内縁部分の大きな変形を得ることが可能になるように、剛性層及び第３保護層の形成位置が設定されている。すなわち、剛性層は、周囲層の内縁部分の外側において周囲層に積層されているので、周囲層の内縁部分は、剛性層に妨げられることなく、振動板の振動に追随して変形することができる。また、第３保護層は、内縁部分を拘束しないように剛性層を被覆しているので、周囲層の内縁部分は、第３保護層に妨げられることなく振動板の振動に追随して変形することができる。 According to the above configuration, since the surrounding layer is made of the same material as the base layer, it has a relatively low density, and the inner edge portion of the surrounding layer along the outer edge of the base layer is the vibration of the diaphragm. can be deformed according to If the inner edge part is greatly deformed following the vibration of the diaphragm, the vibration amplitude of the diaphragm can be increased. If the diaphragm vibrates with a large amplitude, the diaphragm can generate a loud sound when the piezoelectric vibration device is used as a piezoelectric speaker, and when the piezoelectric vibration device functions as a piezoelectric vibration sensor, By increasing the voltage signal, the vibration detection accuracy can be improved. For this reason, the formation positions of the rigid layer and the third protective layer are set so that a large deformation of the inner edge portion of the surrounding layer can be obtained. That is, since the rigid layer is laminated on the surrounding layer outside the inner edge portion of the surrounding layer, the inner edge portion of the surrounding layer can deform following the vibration of the diaphragm without being hindered by the rigid layer. can. Further, since the third protective layer covers the rigid layer so as not to constrain the inner edge portion, the inner edge portion of the surrounding layer deforms following the vibration of the diaphragm without being hindered by the third protective layer. be able to.
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、第１実施形態及び第２実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施形態にも適用できる。また、上述の第１実施形態及び第２実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施形態とすることも可能である。 As described above, the first embodiment and the second embodiment have been described as examples of the technology disclosed in the present application. However, the technology in the present disclosure is not limited to this, and can also be applied to embodiments with modifications, replacements, additions, omissions, and the like. Further, it is also possible to combine the constituent elements described in the above-described first and second embodiments to form a new embodiment.
本開示は、音の生成が必要な技術分野及び振動の検出が必要な技術分野に好適に利用される。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present disclosure is suitably used in technical fields requiring sound generation and in technical fields requiring vibration detection.
１００・・・・・圧電振動装置
１１０・・・・・振動板
１１１・・・・・ベース層
１１２・・・・・表面層
１１３・・・・・周囲層
１１４・・・・・内縁部分
１２０・・・・・圧電素子
１４０・・・・・剛性層
１５１・・・・・第１保護層
１５２・・・・・第２保護層
１５３・・・・・第３保護層
３００・・・・・装置REFERENCE SIGNS
Claims (6)
Translated fromJapanese交流電圧の印加の下で伸縮して前記振動板を湾曲変形させながら前記振動板を振動させて音を発生させるように、又は、前記振動板が湾曲変形しながら振動している状態において前記振動板の振動に追随して伸縮して電圧信号を発生させるように、前記振動板の一方の面に接合された圧電素子と、
前記圧電素子と前記振動板の前記一方の面とを被覆することによって前記圧電素子及び前記振動板を保護する第１保護層と、
前記第１保護層とは反対側の前記振動板の他方の面を被覆することによって前記振動板を保護する第２保護層と、を備え、
前記第１保護層及び前記第２保護層は、前記振動板とともに湾曲変形可能であり、
前記振動板は、湾曲変形した状態から復元する復元力を生じさせる厚さを有しているベース層と、前記ベース層における前記第１保護層側の面及び前記圧電素子に接合され且つ前記ベース層よりも高密度の材質の表面層と、を有しており、
前記第２保護層は、前記表面層に接合されることなく、前記ベース層に接合されている、圧電振動装置。a diaphragm;
The vibration is generated by vibrating the diaphragm while bending and deforming the diaphragm by expanding and contracting under the application of an AC voltage, or in a state where the diaphragm vibrates while bending and deforming. a piezoelectric element bonded to one surface of the diaphragm so as to expand and contract following vibration of the plate to generate a voltage signal;
a first protective layer that protects the piezoelectric element and the diaphragm by covering the piezoelectric element and the one surface of the diaphragm;
a second protective layer that protects the diaphragm by covering the other surface of the diaphragm opposite to the first protective layer;
The first protective layer and the second protective layer are capable of bending and deforming together with the diaphragm,
The diaphragm includes a base layer having a thickness that generates a restoring force to restore from a curved and deformed state, a surface of the base layer on the side of the first protective layer, and a surface of the base layer that is joined to the piezoelectric element and the base. a surface layer of material having a higher density than the layer;
The piezoelectric vibration device, wherein the second protective layer is bonded to the base layer without being bonded to the surface layer.
前記第２保護層は、前記第１保護層よりも厚い、請求項２に記載の圧電振動装置。The material of the second protective layer is the same material as the first protective layer,
3. The piezoelectric vibration device according to claim 2, wherein said second protective layer is thicker than said first protective layer.
前記振動板の前記一方の面又は前記他方の面と同じ方向を向いた前記周囲層の面に積層されることにより、前記振動板の周囲における剛性を高めて、前記圧電振動装置を他の装置に取り付け可能にする剛性層と、
前記剛性層を被覆することにより前記剛性層を保護する第３保護層と、を更に備えている、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の圧電振動装置。a peripheral layer made of the same material as the base layer and configured to surround the base layer in the circumferential direction and integrally formed with the base layer;
By being laminated on the surface of the surrounding layer facing in the same direction as the one surface or the other surface of the diaphragm, the rigidity around the diaphragm is increased, and the piezoelectric vibration device can be used as another device. a rigid layer that allows attachment to the
The piezoelectric vibration device according to any one of claims 1 to 4, further comprising a third protective layer that protects the rigid layer by covering the rigid layer.
前記剛性層は、前記内縁部分が前記振動板の振動に追随して変形することを許容するように前記内縁部分の外側で前記周囲層に積層されており、
前記第３保護層は、前記内縁部分を拘束しないように前記剛性層を被覆している、請求項５に記載の圧電振動装置。The surrounding layer has an inner edge portion along the outer edge of the base layer,
The rigid layer is laminated on the peripheral layer outside the inner edge portion so as to allow the inner edge portion to follow the vibration of the diaphragm and deform,
6. The piezoelectric vibration device according to claim 5, wherein said third protective layer covers said rigid layer so as not to constrain said inner edge portion.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022028118AJP2023124384A (en) | 2022-02-25 | 2022-02-25 | piezoelectric vibration device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022028118AJP2023124384A (en) | 2022-02-25 | 2022-02-25 | piezoelectric vibration device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2023124384Atrue JP2023124384A (en) | 2023-09-06 |
Family
ID=87886035
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2022028118APendingJP2023124384A (en) | 2022-02-25 | 2022-02-25 | piezoelectric vibration device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2023124384A (en) |
- 2022
- 2022-02-25JPJP2022028118Apatent/JP2023124384A/enactivePending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101487272B1 (en) | Piezoelectric vibration device and portable terminal using the same | |
| CN101313628B (en) | Electroacoustic transducer | |
| KR20130061751A (en) | Piezoelectric vibration device and portable terminal using the same | |
| TW201709752A (en) | Vibration transmission structure and piezoelectric speaker | |
| JP5620616B2 (en) | SOUND GENERATOR, SOUND GENERATOR, AND ELECTRONIC DEVICE | |
| US9161134B2 (en) | Acoustic generator, acoustic generating device, and electronic device | |
| WO2012086180A1 (en) | Oscillator device and electronic instrument | |
| CN103765922B (en) | Acoustic generator, generating device and electronic equipment | |
| JP2002010393A (en) | Piezo-electric electroacoustic transducer | |
| JP5977473B1 (en) | Vibration transmission structure and piezoelectric speaker | |
| US20060113879A1 (en) | Piezoelectric micro acoustic sensor based on ferroelectric materials | |
| WO2019059101A1 (en) | Vibration unit | |
| JP2004266643A (en) | Piezoelectric sounding element and its manufacturing method | |
| JP5134431B2 (en) | Pronunciation | |
| JP2023124384A (en) | piezoelectric vibration device | |
| JP2004221903A (en) | Piezoelectric sounding element and its manufacturing method | |
| JP3574601B2 (en) | Semiconductor electret condenser microphone | |
| JP5534938B2 (en) | Piezoelectric speaker | |
| JP5461074B2 (en) | Condenser microphone unit and condenser microphone | |
| JP6514079B2 (en) | Sound generator | |
| EP4406240A1 (en) | Multilayered electrostatic transducer | |
| JP5541022B2 (en) | Vibration device | |
| WO2024034153A1 (en) | Piezoelectric vibration device | |
| CN118314804B (en) | Display module and display device | |
| JP5982793B2 (en) | Acoustic element |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination | Free format text:JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date:20241204 | |
| A977 | Report on retrieval | Free format text:JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date:20250917 |