壓電振動裝置的製作方法
2023-10-24 03:35:32
專利名稱：壓電振動裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種在殼體振動型的平面狀的揚聲器、受話器(receiver)等的音響變換電子設備、振動器(vibrator)等的振動變換電子設備中使用的壓電振動裝置，更具體地說，涉及一種改良耐衝擊性、安裝性、可靠性的壓電振動裝置。
背景技術：
利用了壓電元件的壓電振動裝置作為簡單的聲電轉換設備或致動器被廣泛地利用，特別是最近，在可攜式電話和可攜式信息終端等領域中被較多地使用。現有的壓電振動裝置，用支承構件支承著將壓電元件粘貼在金屬制的振動板的表面上的雙壓電晶片(bimorph)元件或單壓電晶片元件的大致中央部分，通過驅動該懸臂梁型壓電振動體，獲得低頻區域中的較大的驅動力(例如，專利文獻1)。
另外，還有這樣一種結構為了發生分布模式，用共振頻率不同的多個壓電振動板，構成致動器。例如，作為板式揚聲器的壓電振動體，在專利文獻2中公開了一種用一個支柱將多個長方形的壓電振動板大致平行地支承在板上，通過支柱使上述壓電振動板的振動傳遞到上述板上，使進行振動並發出聲音的變換器。另外，在專利文獻3中，記載了用一個支柱支承著沿周邊部分安裝了彈性體的一個或多個圓盤狀的壓電振動板的聲音發生裝置，獲得音響特性的改善效果。
在圖10中表示現有的壓電振動裝置的一例。圖示的壓電振動裝置200是由支柱204和壓電振動板206、212構成的壓電振動體201被固定在音響面板202上的結構，上述壓電振動板206、212由上述支柱204支承而與音響面板202大致平行。上述壓電振動板206是將在表面上形成了Ni、Pd、Ag等的電極層的壓電元件209、210粘貼在由42合金等金屬類材料或聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)等樹脂材料構成的振動板208上的雙壓電晶片結構。另一壓電振動板212也是同樣的結構，是壓電元件215、216被粘貼在振動板214上的雙壓電晶片結構。另外，上述支柱204是用不鏽鋼等金屬材料或PET、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)等樹脂材料成型的，音響面板202例如由玻璃或蜂窩結構的鋁等形成。
用例如導電性膏或焊錫218、220、224、226等，將導線222及228連接在上述壓電振動板206、212的各電極和振動板208、214上。通過這些導線22及228施加電信號，壓電振動板206、212振動，該振動傳遞到支柱204上。另外，振動通過該支柱204傳遞到固定著壓電振動體201的音響面板202上，音響面板202振動，發出聲音。
日本專利申請公開特開2000-224696號公報(圖4～圖8)[專利文獻2]WO01/54450國際公開公報(圖9)[專利文獻3]日本專利申請公開特開2000-134682號公報(圖1、圖3)可是，在以上這樣的背景技術中存在以下問題。
(1)衝擊負載施加在壓電振動體上時，就會有過大的應力施加在壓電振動板上，脆弱材料的壓電元件受到破壞，發生支柱的脫落、振動板彎曲等結構上的損害，此外，伴隨熱電效應引起的電動勢的發生，也可能對電路產生影響。另外，在使用多個壓電振動板的情況下，除了由壓電振動板和殼體的接觸產生的破壞以外，還會產生由各壓電振動板之間的衝擊引起的壓電元件的破壞。
(2)如果使用多個壓電振動板，則用金屬絲進行的焊接等的電連接方法、壓電振動板對支柱的粘接、支柱與電連接端子的安裝等的安裝方法變得複雜，導致生產效率下降，成本增加。
發明內容
本發明是著眼於上述問題而完成的發明，其目的在於提供一種耐衝擊性好的壓電振動裝置。另一個目的在於謀求安裝效率的改善和可靠性的提高。
為了實現上述目的，本發明是這樣一種壓電振動裝置，把壓電振動板可振動地支承在殼體上，該壓電振動板由形成了電極的壓電元件構成，其特徵在於，具有支承機構，設置在上述壓電振動板的大致中央部分，對上述壓電振動板進行支承以使其與上述殼體的一個主面大致平行；以及振幅限制機構，設置在上述壓電振動板和上述主面之間，其厚度比上述各部分之間的距離短，防止上述壓電振動板和上述主面的接觸。作為本發明的一個主要方面，其特徵在於設置有多個上述壓電振動板，由上述支承機構支承而彼此大致平行，而且，上述振幅限制機構被設置在上述多個壓電振動板之間，防止壓電振動板之間的接觸。優選的是，其特徵在於上述振幅限制機構的楊氏模量小於或等於2GPa。
本發明的上述及其他目的、特徵、優點，將在下述的詳細的說明和附圖中變得明了。
根據本發明，能夠獲得以下效果。
(1)在殼體的一個主面和壓電振動板之間、在多個壓電振動板彼此之間，設置了振幅限制機構，所以，能抑制大的振幅，緩和加在壓電元件上的應力，防止破損。另外，由於還能防止由多個壓電振動板彼此之間的衝擊、或壓電振動板和殼體的衝擊引起的破損，所以能提高耐衝擊性。
(2)用加速抑制機構填充了在殼體的一個主面和壓電振動板之間、在多個壓電振動板彼此之間的間隙，通過該加速抑制機構傳遞振動，所以，能抑制上升陡峭的位移，能抑制引起壓電元件的破壞那樣的負載的發生。
(3)用支柱固定壓電振動板的兩端，進行支承以使其與殼體的主面大致平行，所以，與只支承上述壓電振動板的大致中央的懸臂梁型的結構相比，能抑制發生位移，所以能防止壓電元件的破壞。
(4)將設置了位置對準用的機構的壓電振動板裝在內置了支柱的殼體中，所以容易進行位置對準，而且，用設置了連接端子的構件支承多個壓電振動板，所以，也包括電連接在內，安裝變得容易進行。另外，利用外殼結構，容易操作，而不需要考慮對安裝環境的影響，而且，壓電振動板不會從支柱脫落。另外，由於將加速限制機構封入了上述殼體內，所以能抑制壓電振動板的急劇的加速變形，能提高耐衝擊性，而且，能降低由變形引起的電動勢。
(5)由於將設置了位置對準用的機構的壓電振動板裝入內置了支柱的殼體中，用設置了連接端子的構件支承多個壓電振動板，而且，設有抑制上述壓電振動板的限制的斜面，所以，能防止振動板彎曲、壓電體破裂，能提高耐衝擊性。
圖1A、圖1B是表示本發明的實施例1的圖，圖1A是表示外觀的斜視圖，圖1B是沿上述圖1A的#A-#A線的剖面圖。
圖2A、圖2B是表示本發明的實施例2的圖，圖2A是表示外觀的斜視圖，圖2B是沿上述圖2A的#B-#B線的剖面圖。
圖3A、圖3B是表示本發明的實施例3的圖，圖3A是表示外觀的斜視圖，圖3B是沿上述圖3A的#B-#B線的剖面圖。
圖4A、圖4B是表示上述實施例的比較例的結構圖，圖4A是表示外觀的斜視圖，圖4B是沿上述圖4A的#D-#D線的剖面圖。
圖5A～圖5D是表示本發明的實施例5的圖，圖5A是表示外觀的斜視圖，圖5B是沿上述圖5A的#E-#E線的剖面圖，圖5C及圖5D是上述圖5B的部分放大圖。
圖6是表示上述實施例的結構的分解斜視圖。
圖7是表示本發明的實施例5的結構的主要剖面圖。
圖8是表示本發明的實施例6的結構的主要剖面圖。
圖9A～圖9C是表示本發明的另一實施例的圖。
圖10是表示背景技術的一例的圖。
具體實施例方式
以下，根據幾個實施例，詳細說明實施本發明的優選實施方式。
最初，參照圖1A、圖1B說明本發明的實施例1。圖1A是表示本實施例的外觀的斜視圖，在圖1B所示的剖面圖中表示沿箭頭方向看到的沿圖1A的#A-#A線的剖面狀態。
如該圖所示，本實施例的壓電振動裝置10，在可攜式電話等的殼體(外殼)12的一個主面上，由支柱14A、14B固定大致呈長方形的壓電振動板16、24的大致中央部分，以使其與上述殼體12大致平行。另外，壓電振動板16、24和支柱14A、14B，按照殼體12、支柱14A、壓電振動板24、支柱14B、壓電振動板16的順序疊合，用黏合劑等固定，但也可以從上方對這些疊合部分進行螺絲固定或螺釘固定。作為上述支柱14A、14B，例如能使用不鏽鋼等鐵系合金、黃銅等銅系合金、聚碳酸酯等硬質樹脂等，但不限於此，也能利用公知的各種材料。
上述壓電振動板16是在大致呈長方形的振動板18的表面、背面上，粘貼了尺寸與該振動板18大致相同、沿厚度方向極化了的壓電元件(壓電陶瓷)20、22的雙壓電晶片結構。這些壓電元件20、22是在壓電體的表面、背面的兩面上分別形成了驅動用的電極層(未圖示)的結構。另一方的壓電振動板24也是同樣的結構，是壓電元件28、30粘貼在振動板26的表面、背面的兩面上的雙壓電晶片結構。另外，關於壓電元件28、30，在其表面、背面的兩面上分別形成有未圖示的電極層。作為上述振動板18、26，例如使用42合金或黃銅等。另外，作為壓電元件20、22、的壓電體，例如使用PZT(鋯酸鈦酸鉛)等，作為電極層，例如使用銀、白金、鈀等。
將電壓施加在壓電元件20的上下電極、壓電元件22的上下電極的每一者，由此，使壓電元件20、22的壓電體分別極化。例如用導電性黏合劑將如此極化了的壓電元件20、22粘貼在上述振動板18上，由此獲得壓電振動板16。另外，在本例中，壓電元件20的下部電極、壓電元件22的上部電極、振動板18的電位相同，根據需要，可以接地。
另外，在本實施例中，在上述壓電振動板24的兩端部24A、24B上設有間隔件34A、34B。另外，在上述殼體12的主面上，在對應於上述間隔件34A、34B的位置上設有另外的間隔件32A、32B。這些間隔件32A、32B、34A、34B，用來強制地抑制振幅以使得壓電振動板16、24的振幅不超過設計範圍，由楊氏模量小於或等於2GPa的軟材料構成。作為這樣的間隔件32A、32B、34A、34B的材料，如果是滿足上述的楊氏模量的材料，則什麼樣的材料都可以，例如，能使用聚乙烯、聚丙烯、尼龍、合成橡膠等松密度材料，或者，採用使聚苯乙烯或蜜胺樹脂等硬樹脂發泡並使剛性實際下降了的材料等。
接著，說明本實施例的作用。上述的雙壓電晶片結構的壓電振動板16、24起一般的雙壓電晶片的作用，進行振動。即，在壓電振動板16中，根據各壓電元件20、22的壓電體的極化方向及對應於起中央電極作用的振動板18的外側的電極電壓的關係，如果一方的壓電元件沿縱向(長度方向)延伸，則另一方的壓電元件沿縱向收縮，沿圖的上下方向發生彎曲位移。關於壓電振動板24也一樣。另外，壓電振動板16、24被設定成不同的長度，以使得作為振動裝置整體的增益的頻率特性變得平坦。
在此情況下，在本實施例中，在殼體12的主面和壓電振動板24之間設有間隔件32A、32B，在壓電振動板16、24之間也安裝有間隔件34A、34B。因此，通過設定間隔件32A、32B、34A、34B的大小和安裝位置以使得壓電振動板16、24的振幅不超過預先設計的範圍，從而能抑制過大的振幅。
如上所述，根據本實施例，在殼體12和壓電振動板24之間、壓電振動板24和壓電振動板26之間，分別設置由楊氏模量小於或等於2GPa的軟材料構成間隔件。因此，壓電振動板16、24的共振頻率不會變大，能抑制過大的振幅，能緩和施加在壓電元件20、22、28、30上的應力，能防止它們的破壞。另外，還能防止由壓電振動板24和殼體12的接觸或壓電振動板16、24彼此之間的接觸所引起的破損，能改善耐衝擊性，提高可靠性。
接著，參照圖2A、圖2B說明本發明的實施例2。該圖2A是表示本實施例的結構的斜視圖，圖2B表示沿箭頭方向看到的沿圖2A的#B-#B線的剖面狀態。另外，與上述的實施例相同或對應的結構要素，使用相同的標號(以下的實施例也一樣)。
如圖2A、圖2B所示，本實施例的壓電振動裝置40基本上為與上述的實施例同樣的結構，在殼體12的主面上，壓電振動板16及24由支柱14A、14B大致平行地固定。柔軟性的彈性材料42被填充在上述殼體12的主面和壓電振動板24之間的空間以及壓電振動板16和24之間的空間中，壓電振動板16、24的振動通過該彈性材料42被傳遞給殼體12。作為上述的彈性材料42，如果有柔軟性，楊氏模量小於或等於100GPa，且泊松比大於或等於0.45的材料，則什麼樣的材料都可以，例如，可以使用使有機液體在三維交聯的樹脂中膨潤而形成的凝膠，具體如使矽油在矽樹脂中膨潤而成的矽凝膠等。
根據本實施例，壓電振動板16、24的振動通過彈性係數極小、體積彈性係數大的彈性材料42傳遞給殼體12。因此，對於可聽音域這樣的較低頻帶的振動來說衰減較小，對於衝擊位移這樣的上升陡峭的大的位移來說，能抑制位移的加速度，獲得與上述的實施例同樣的效果。另外，上述彈性材料42也可以填充在上述空間整體內，另外，也可以只填充在上述空間的一部分中。在只填充在上述空間的一部分中的情況下，安裝作業效率得以提高。另外，在填充在上述空間整體內的情況下，對壓電振動裝置的形態沒有影響，能獲得穩定地抑制加速度的效果。
接著，參照圖3A、圖3B，說明本發明的實施例3。圖3A是表示本實施例的結構的斜視圖，圖3B表示沿箭頭方向看到的沿圖3A的#C-#C線的剖面狀態。上述的實施例1、2都是用支柱14A、14B支承大致呈長方形的壓電振動板16、24的大致中心的結構。但是，在本實施方式中，用支柱固定壓電振動板16、24的兩端。
如圖3A、圖3B所示，本實施例的壓電振動裝置50是用支柱52、54支承壓電振動板16、24的兩端以使得上述壓電振動板16、24與殼體12的主面大致平行的結構。上述壓電振動板16被置於在支柱52、54的上方形成的臺階52A、54A上，壓電振動板24被嵌入在上述臺階52A、54A的下方形成的嵌合部52B、54B中，用黏合劑等加以固定。支柱52、54本身用黏合劑等相對於殼體12的主面進行固定，將壓電振動板16、24的振動傳遞給殼體12。
作為上述支柱52、54，既可以用同質的材料(例如楊氏模量大於或等於100GPa的剛性大的材料等)形成，從雙方同樣地傳遞壓電振動板16、24的振動，也可以用剛性至少10倍於另一方的支柱(例如54)的剛性的材料，構成一方的支柱(例如52)，從剛性大的支柱(在此情況下為52)傳遞壓電振動板16、24的振動。在此情況下，作為剛性大的支柱材料，能使用楊氏模量大於或等於100GPa的金屬，例如不鏽鋼等鐵系材料等。作為剛性小的材料，能使用楊氏模量小於或等於10GPa的樹脂材料，例如PET、尼龍等。根據本實施例，由於用支柱52、54支承壓電振動板16、24的兩端，所以即使施加了衝擊負載，與背景技術那樣的懸臂梁型相比，也能抑制位移的發生。因此，能防止壓電元件的破壞，而且，共振頻率不會發生較大變化，能抑制不必要的較大的位移。
接著，用具體例說明上述的實施例1～實施例3。如下所述地製作具體例1～具體例4、比較例1～比較例3，按照後面所述的方法，進行了比較試驗。另外，圖4A、圖4B表示比較例的結構。圖4A表示斜視圖，圖4B表示沿箭頭方向看到的沿圖4A的#D-#D的剖面的狀態。該圖所示的壓電振動裝置60為基本上與上述的實施例1同樣的結構。但是，作為耐衝擊性的機構的間隔件等，未進行任何設置。
具體例1......與實施例1同樣的構成，作為間隔件，使用楊氏模量為1.2GPa的尼龍，作為支柱使用了不鏽鋼。
比較例1......與圖4所示的壓電振動裝置60同樣的構成，作為支柱使用了不鏽鋼。
比較例2......與實施例1同樣的構成，作為間隔件，使用楊氏模量為3GPa的硬質尼龍，作為支柱使用了不鏽鋼。
具體例2......與實施例2同樣的構成，作為彈性材料，使用楊氏模量為60MPa、泊松比為0.47的矽凝膠，作為支柱使用了不鏽鋼。
比較例3......與實施例2同樣的構成，作為彈性材料(填充材料)，使用楊氏模量為400MPa、泊松比為0.4的彈性橡膠，作為支柱利用了不鏽鋼。
具體例3......與實施例3同樣的構成，支柱的雙方都使用了楊氏模量為200GPa的不鏽鋼。
具體例4......與實施例3同樣的構成，作為一方的支柱使用了楊氏模量為200GPa的不鏽鋼，作為另一方的支柱使用了楊氏模量為3GPa的硬質尼龍。
另外，在上述的具體例、比較例的製作中，壓電振動板的長度為40mm，寬度為7mm，金屬振動板部分的厚度為0.04mm，壓電元件是使用了兩個厚度為0.1mm的晶片的雙壓電晶片結構。另外，壓電振動板16、24之間、振動板24和殼體12的主面之間的距離為1mm。
將上述製作的比較例1～3、具體例1～4的壓電振動裝置固定在大小為50mm×50mm、厚度為1.5mm的ABS樹脂殼體12，施加3Vrms的交流電壓，測定了發生的聲音的頻率特性。這時，從殼體12到測定用傳聲器的距離為10cm。另外，為了檢查耐衝擊性，用衝擊試驗機，施加3000G的衝擊負載，在試驗後觀察壓電元件，檢查有無裂紋。試驗結果表示在下表1。
表1
對表1所示的結果進行比較，在對衝擊未採取解決方法的比較例1中，由於衝擊負載的施加而發生了龜裂。在採取了衝擊解決方法的具體例1～4中，共振頻率、聲壓與比較例1相等，但是，未發現龜裂的發生。根據這些結果，能夠確認插入間隔件、填充彈性材料、支承壓電振動板的兩端這樣的本發明的方案，在耐衝擊性方面是有效的。
另外，對應於具體例1，在間隔件的楊氏模量大於或等於2GPa的比較例2中，雖然音質沒有變化，但是由于振動板衝擊，而在間隔件上發生了龜裂。同樣，對應於具體例2，在填充劑的楊氏模量大於或等於100MPa、泊松比小於或等於0.45的比較例3中，由於位移抑制效果過強，所以雖然未發生由過大的位移引起的龜裂，但是，通常的驅動條件下的位移也被抑制，一次共振頻率高達800Hz，聲壓降低到了60dB。根據以上的結果，可知間隔件的楊氏模量、填充的彈性材料的楊氏模量及泊松比在上述的具體例所示的適當的範圍內是重要的。
接著，參照圖5A～圖5D、圖6，說明本發明的實施例4。圖5A是表示本實施例的外觀的斜視圖，圖5B表示沿箭頭方向看到的沿圖5A的#E-#E線的剖面狀態。圖5C、圖5D是上述圖5B的局部放大圖，表示電連接的形態。另外，圖6是表示本實施例的結構的分解斜視圖。如這些圖所示，本實施例的壓電振動裝置70這樣構成壓電振動板84、92大致平行地被收容在能上下分割的外殼71內，該外殼71內充滿了抑制振動的急劇加速用的粘性液體108。用設置在下部外殼72的底面72A上的支柱74、設置在上部外殼78的上表面78A上的支柱80、配置在上述壓電振動板84、92之間的支承杆100，傳遞給安裝上述外殼71的面板。
首先，外殼71，如上所述，能分割成下部外殼72和上部外殼78，在下部外殼72的底面72A的大致中央，預先內置有與上述壓電振動板84接觸的支柱74。該支柱74形成為朝該壓電振動板84變尖的剖面大致呈三角形的三角稜柱狀，以便不阻礙壓電振動板84的振動。另外，在圖示的例中雖然剖面大致呈三角形，但如果是不會阻礙壓電振動板84的振動的形狀，則剖面也可以為梯形或半圓形等。另外，在下部外殼72的側面72B的大致中央的上端，形成有承受被安裝在上述壓電振動板84的突部86A、91的承受部76。上部外殼78的結構也一樣，在其上表面78A上設有支柱80，在側面78B的大致中央下端，形成有承受被安裝在壓電振動板92的突部94A、99的承受部82。
這樣的外殼71，例如用不鏽鋼等金屬類的材料，或者，PET或ABS等樹脂材料成型。另外，在圖示的例中，雖然是從上下夾持壓電振動板84、92的結構，但也可以從左右將其夾住，還可以是上下的任意一方或左右的任意一方作為蓋子。
接著，壓電振動板84，如圖5D所示，是把壓電元件87、88粘貼在由金屬板等構成的振動板86的表面上的雙壓電晶片結構，該壓電元件87是在壓電層87B的表面、背面形成了電極層87A、87C的結構。壓電元件88也一樣，是在壓電層88B的表面、背面形成了電極層88A、88C的結構。在上述振動板86的長邊的大致中央，形成有卡定在設置在上述下部外殼72的邊緣的承受部76上的，而且兼作該振動板86及上述電極層87A、88C的引出部的突部86A。在圖示的例中，該突部86A與上述振動板86一體地形成。另外，在壓電振動板84的大致中央，在與上述突部86A相對的長邊一側，間隔著PET等絕緣膜89地設有銅或碳等的導電帶90。
該絕緣膜89和導電帶90安裝得從上下夾住壓電振動板84的邊緣且使重疊部分伸出。該伸出的突部91卡定在上述下部外殼72的承受部76，而且成為壓電元件88的上部電極層88A和壓電元件87的下部電極層87C的引出部。將這樣構成的壓電振動板84從下部外殼72的上方取下，以使得上述突部86A、91嵌合在上述承受部76上，就能以預先設定的高度位置將壓電振動板84大致平行地固定在下部外殼71內。
另一方的壓電振動板92也一樣，如圖5C所示，是壓電元件95、96被粘貼在振動板94上的雙壓電晶片結構，在上述振動板94上形成突部94A，在其相對的長邊一側，夾持上述壓電元件96地設置有絕緣膜97、導電帶98。這些帶的伸出的突部99兼作對上部外殼78的位置對準和電極引出部。即，突部94A成為振動板94、壓電元件96的下部電極層96C、壓電元件95的上部電極層95A的引出部，突部99作為壓電元件96的上部電極層96A、壓電元件95的下部電極層95C的引出部而起作用。從這樣的壓電振動板92的上方將上部外殼78取下，將承受部82嵌合在上述突部94A、99，就能容易地進行位置對準。
接著，說明配置在上述壓電振動板84及92之間的支承杆100。支承杆100是剖面大致為長方形的棒狀體，在本體102的兩端設有與上述壓電振動板84、92的各電極層進行電連接用的連接端子104A、104B。上述連接端子104A、104B，例如通過塗敷銀或銅等導電性黏合劑等形成。另外，使用在磷青銅上鍍了金等的彈簧，來代替支承杆100，通過該彈簧的接觸等，也能進行壓電振動板84、92之間的電連接。即，如果將壓電振動板84、支承杆100、壓電振動板92疊合，則上述壓電振動板84、92的突部86A、94A與支承杆100的連接端子104A電連接，通過將另一方的突部91、99連接在連接端子104B上，也能進行兩面的壓電元件86、92的電極的導通。
以上構成的各部，如圖6所示，將壓電振動板84嵌入預先內置了支柱74的下部外殼72中，通過上述支承杆100，將壓電振動板92裝在它上面，另外，從其上方將內置了支柱80的上部外殼78疊合起來，以使得承受部82嵌合在突部94A、99上，能容易地進行位置對準。另外，從在下部外殼72的承受部76和上部外殼78的承受部82的對接位置上形成的窗106，露出連接端子104B、突部91、99，從相反一側的窗107同樣露出連接端子104A、突部86A、94A，將引線等連接在它們上面，從而能將驅動用的電信號施加在壓電振動板84、92上。最後，在將外殼71密封后，例如利用注射器等，將粘性液體108封入該外殼71內。作為該粘性液體108，如果是不會阻礙電信號引起的壓電振動板84、92的振動的液體，則什麼樣的液體都可以，例如，能利用矽油等。另外，如果是滿足上述條件者，則不限於粘性液體，也可以封入凝膠狀的低黏度材料或凍膠狀物體。
這樣，根據本實施例，能獲得下述的效果。
(1)由於將設置了兼作位置對準和電極引出的突部86A、91、94A、99的壓電振動板84、92安裝在內置了支柱74、80的外殼71中，所以安裝容易，能容易地進行壓電振動板84、92的位置對準。另外，由於用設置了連接端子104A、104B的支承杆100支承上述壓電振動板84、92之間，所以，從電連接這一點來說，安裝也變得容易了。
(2)由於外殼結構，容易操作，不需要考慮壓電振動板84、92的露出對安裝環境的影響。另外，由於是用外殼71進行的封裝結構，所以，壓電振動板84、92不會從支柱74、80脫落，進而使安裝容易進行，還能期待降低成本。
(3)由於將粘性液體108封入外殼71內，所以，即使過度的應力施加在壓電振動板84、92上，通過抑制壓電振動板84、92的急劇的變形加速，也能防止振動板彎曲、壓電體破裂等，能提高耐衝擊性。進而，由於耐衝擊性的提高，所以在要求耐衝擊性的可攜式裝置中也能採用。
接著，參照圖7，說明本發明的實施例5。本實施例與上述的實施例4相同，是壓電振動板被封裝在外殼內的結構。圖7是表示本實施例的結構的主要剖面圖。另外，對與上述的實施例4相同或對應的結構要素使用同一標號。
如圖7所示，本實施例的壓電振動裝置120，在內置了支承壓電振動板84、92的支柱74、80的外殼71的底面和上面，設有由彈性材料構成的斜面122A、122B、124A、124B。另外，在設置了電連接端子104的支承杆100的側面上，也設有斜面126A、126B。即，在壓電振動板84、92和外殼71之間、壓電振動板84、92彼此之間設有斜面。這些斜面122A～126A、122B～126B，為了不遮擋壓電振動板84、92的必要的振動，其厚度從中心向外側變薄。通過設置這樣的斜面，能提高耐衝擊性。另外，這些斜面的長度在緩和衝擊和不阻礙電信號引起的振動的範圍內任意設定。另外，如果不會阻礙電信號引起的壓電振動板84、92振動，則這些斜面也可以與壓電振動板84、92接觸。本實施例的安裝方法·電極引出結構等與上述的實施例相同。
這樣，根據本實施例，由於設置了斜面122A～126A、122B～126B，所以能抑制壓電振動板84、92的局部的過度的變形，能獲得與上述的實施例4同樣的效果。另外，通過用例如PET、ABS等樹脂材料或發泡性橡膠等彈性材料形成上述斜面122A～126A、122B～126B，能進一步提高耐衝擊性。
接著，參照圖8，說明本發明的實施例6。圖8是表示本實施例的結構的主要剖面圖。在上述實施例5中，在外殼71內與支柱分體地設置斜面。但是，本實施例的壓電振動裝置130是斜面兼作支柱的例。如圖8所示，在下部外殼72的底面上形成有中央最厚的曲面形狀的斜面132。該斜面132相當於上述實施例中的支柱74和斜面122A、122B。另外，在上部外殼78的上面，設置有同樣的曲面狀的斜面134，另外，在支承杆100的側面上設置有曲面狀的斜面136A、136B。這些斜面132、134、136A、136B的形狀·大小，按照與上述的實施例5同樣的基準進行設定，材料也使用同樣的材料。另外，本實施例的作用·效果與上述的實施例相同。
另外，本發明不限於上述的實施例，在不脫離本發明的要旨的範圍內，能進行各種變更。例如，包括以下的變更。
(1)上述實施例所示的材料或形狀·尺寸是一個例子，能進行設計變更，取得同樣的作用。壓電振動板的結構也可以是單壓電晶片、雙壓電晶片的任意一種的結構。另外，壓電元件本身也可以是壓電層和電極層交替層疊的層疊結構，其層數、內部電極的連接圖形、引出結構等也可以根據需要，適當地變更。另外，在上述實施方式中，使用了兩個壓電振動板，但也可以使用更多的壓電振動板，也可以是只包括一個壓電振動板的結構，可以根據情況，適當地增減其個數。另外，也可以將上述實施例組合起來。例如，將實施例4所示的粘性液體填充在實施例5或實施例6的外殼內。
(2)上述實施例1所示的間隔件是一個例子，可以適當地變更其形狀，取得同樣的效果。例如，做成實施例5、6所示的斜面形狀等。另外，在上述實施例1中，將間隔件設置在殼體12的主面或壓電振動板24上，但也可以適當地變更其位置，取得同樣的效果。例如，在圖9A所示的壓電振動裝置140中，在殼體142的內側底面144上，用支柱154將兩個壓電振動板156、158大致呈水平地支承。在殼體142的內側側面148上，突起152A～152C被設置在限制壓電振動板156、158的振幅的位置上，同樣的突起152D～152F被設置在與上述側面148相對的側面150上。這些突起152A～152F，用與上述的實施例1的間隔件32A、32B、34A、34B同樣的彈性材料構成。即，在上述實施例1中，將間隔件設置在殼體12的底面或壓電振動板24上，但在本實施例中，將間隔件設置在殼體142的側面上，因此也能獲得與上述實施例同樣的效果。
另外，可以如圖9B所示的壓電振動裝置160那樣，在殼體142的底面144上，設置由與上述的例中的突起152A～152F同樣的材料構成的支柱162、164，用設置在該支柱162、164的限制部162A、162B、164A、164B，來限制壓電振動板156、158的振幅。另外，在本例中，用相對配置的支柱162、164夾持壓電振動板156、158的兩端。但是，也可以如圖9C所示的壓電振動裝置170那樣，支柱162、164的限制部162A、162B、164A、164B的開放部分朝同一方向(在圖示的例中，朝向紙面的近前方)配置，限制壓電振動板156、158的振幅。
(3)作為本發明的優選應用例，有可攜式電話、可攜式信息終端(PDA)、聲音記錄裝置、PC(個人計算機)等各種電子設備的揚聲器。此外也可以用於致動器等各種用途。
根據本發明，由於壓電振動板的耐衝擊性得以提高，所以適於例如可攜式電話之類被施加因下落所導致的衝擊的設備。
權利要求
1.一種壓電振動裝置，把壓電振動板可振動地支承在殼體上，該壓電振動板由形成了電極的壓電元件構成，其特徵在於，具有支承機構，設置在上述壓電振動板的大致中央部分，對上述壓電振動板進行支承以使其與上述殼體的一個主面大致平行；以及振幅限制機構，設置在上述壓電振動板和上述主面之間，其厚度比上述各部分之間的距離短，防止上述壓電振動板和上述主面的接觸。
2.根據權利要求1所述的壓電振動裝置，其特徵在於設置有多個上述壓電振動板，由上述支承機構支承而彼此大致平行；在上述多個壓電振動板之間設置有上述振幅限制機構，防止壓電振動板的彼此接觸。
3.根據權利要求1或2所述的壓電振動裝置，其特徵在於上述振幅限制機構的楊氏模量小於或等於2GPa。
4.一種壓電振動裝置，把壓電振動板可振動地支承在殼體上，該壓電振動板由形成了電極的壓電元件構成，其特徵在於，具有支承機構，設置在上述壓電振動板的大致中央部分，對上述壓電振動板進行支承以使其與上述殼體的一個主面大致平行；以及加速抑制機構，填充在上述壓電振動板和上述主面之間的空間中，將上述壓電振動板的振動傳遞給上述主面。
5.根據權利要求4所述的壓電振動裝置，其特徵在於設置有多個上述壓電振動板，由上述支承機構支承而彼此大致平行；上述加速抑制機構填充在上述多個壓電振動板之間的空間中。
6.根據權利要求4或5所述的壓電振動裝置，其特徵在於上述振幅限制機構，是楊氏模量小於或等於200MPa且泊松比大於或等於0.45的彈性材料。
7.一種壓電振動裝置，把大致長方形的壓電振動板可振動地支承在殼體上，該壓電振動板由形成了電極的壓電元件構成，其特徵在於至少設置一個上述壓電振動板；由設置在上述壓電振動板的兩端側的一組支承機構對上述壓電振動板進行支承，以使其與上述殼體的一個主面大致平行。
8.根據權利要求7所述的壓電振動裝置，其特徵在於上述一組支承機構中的一方由剛性至少10倍於另一方的剛性的材料構成，該剛性較大的支承機構主要將上述壓電振動板的振動傳遞給上述殼體。
9.根據權利要求8所述的壓電振動裝置，其特徵在於用楊氏模量大於或等於100GPa的金屬構成上述剛性較大的支承機構；用楊氏模量小於或等於10GPa的樹脂材料構成上述剛性較小的支承機構。
10.一種壓電振動裝置，把壓電振動板可振動地支承在殼體上，該壓電振動板由形成了電極的壓電元件構成，其特徵在於，具有殼體，可振動地支承上述壓電振動板，並至少有一組相對的主面，而且，能將整體分割得分別包括上述相對的主面中的一個面；支承機構，設置在上述殼體的相對的主面的內側，將上述壓電振動板的振動傳遞給上述殼體；卡定機構，設置在上述壓電振動板的端部或緣部上，卡定於被設置在上述殼體的位置對準機構上，對上述壓電振動板進行支承以使其與上述殼體的相對的主面大致平行，而且，具有上述壓電振動板的壓電元件的電極引出結構；以及加速抑制機構，被封入上述殼體內，抑制上述壓電振動板的急劇的加速。
11.根據權利要求10所述的壓電振動裝置，其特徵在於上述加速抑制機構，是粘性液體、凝膠狀低黏度材料、凍膠狀物體中的任意一種。
12.一種壓電振動裝置，把壓電振動板可振動地支承在殼體上，該壓電振動板由形成了電極的壓電元件構成，其特徵在於，具有殼體，可振動地支承上述壓電振動板，並至少有一組相對的主面，而且，能將整體分割得分別包括上述相對的主面中的一個面；支承機構，設置在上述殼體的相對的主面的內側，將上述壓電振動板的振動傳遞給上述殼體；卡定機構，設置在上述壓電振動板的端部或緣部上，卡定於被設置在上述殼體的位置對準機構上，對上述壓電振動板進行支承以使其與上述殼體的相對的主面大致平行，而且，具有上述壓電振動板的壓電元件的電極引出結構；以及斜面狀或曲面狀的第一振幅限制機構，設置在上述殼體的相對的主面的內側，限制上述壓電振動板的振幅。
13.根據權利要求12所述的壓電振動裝置，其特徵在於上述第一振幅限制機構由彈性材料構成。
14.根據權利要求12或13所述的壓電振動裝置，其特徵在於上述第一振幅限制機構兼用作上述支承機構。
15.根據權利要求10至14中的任意1項所述的壓電振動裝置，其特徵在於具有多個上述壓電振動板；還具有稜柱狀的棒狀體，配置在上述多個壓電振動板之間；以及連接端子，設置在上述棒狀體的兩端側，而且，與上述壓電振動板的電極引出結構連接。
16.根據權利要求15所述的壓電振動裝置，其特徵在於在上述棒狀體的側面上，設有斜面狀或曲面狀的第二振幅限制機構。
17.根據權利要求10至16中的任意1項所述的壓電振動裝置，其特徵在於上述支承機構，具有朝上述壓電振動板變尖的傾斜面或曲面。
全文摘要
提供一種耐衝擊性好、可靠性高的壓電振動裝置。在殼體(12)的主面上，壓電振動板(16、24)的中心由支柱(14A、14B)支承，並與上述殼體(12)的主面大致平行。在上述壓電振動板(24)的兩端側設有楊氏模量小於或等於2GPa的間隔件(34A、34B)，防止因壓電振動板(16)和壓電振動板(24)的接觸引起的破損。另外，在殼體(12)的主面上，在與上述間隔件(34A、34B)對應的位置設有另外的間隔件(32A、32B)，防止因與殼體(12)的主面的接觸引起的壓電振動板(24)的破損。這樣，通過限制壓電振動板(16、24)的振幅，即使在被施加了衝擊時，也能防止壓電振動板(16、24)的破裂或彎曲，耐衝擊性提高。
文檔編號H04R7/00GK1578537SQ20041004873
公開日2005年2月9日 申請日期2004年6月15日 優先權日2003年7月24日
發明者指田則和, 伊藤文久, 石井茂雄, 渡部嘉幸 申請人:太陽誘電株式會社