(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄板状の圧電体の表裏面に電極が形成された圧電素子と、弾性材料からなる湾曲した補強板と、を貼り合わせてなる湾曲した圧電アクチュエータと、
前記補強板の両端を固定する保持手段と、
前記圧電アクチュエータの凸面側の頂点近傍に取り付けられ、前記圧電体を面方向で伸縮させることによって前記圧電アクチュエータの凸部に生ずる厚さ方向の振動によって振動する振動部材と、
を具備することを特徴とする圧電トランスデューサ。
【請求項２】
前記補強板は湾曲した頂点近傍に凸面側に突出した突起部を有し、
前記圧電素子は前記補強板の凹面側に取り付けられ、前記振動部材は前記突起部に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の圧電トランスデューサ。
【請求項３】
薄板状の圧電体の表裏面に電極が形成された圧電素子と弾性材料からなる湾曲した補強板とを貼り合わせてなる湾曲した圧電アクチュエータと、
前記湾曲した圧電アクチュエータの両端を固定する保持手段と、
前記湾曲した圧電アクチュエータの凸面側の頂点近傍に設けられた塊状または棒状の突起部材と、
前記突起部材に取り付けられ、前記圧電体を面方向で伸縮させることによって前記圧電アクチュエータの凸部に生ずる厚さ方向の振動によって振動する振動部材と、
を具備することを特徴とする圧電トランスデューサ。
【請求項４】
前記突起部材は絶縁材料からなり、前記圧電素子は前記補強板の凸面側に取り付けられ、前記突起部材が前記圧電素子に取り付けられていることを特徴とする請求項３に記載の圧電トランスデューサ。
【請求項５】
前記圧電素子は前記補強板の凹面側に取り付けられ、前記突起部材は前記補強板の凸面側の頂点近傍において前記補強板に取り付けられていることを特徴とする請求項３に記載の圧電トランスデューサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電アクチュエータを駆動することによって生ずる振動を音響信号等に変換する圧電トランスデューサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話やＰＤＡ機器、ノート型の小型パーソナルコンピュータ等の携帯型電子機器においては、通常、液晶パネルとアラーム音や確認音を発生する発音体とは、別々に構成されて配置されている。しかし、このような構成では、例えば、発音体の駆動効率を上げようとすると振動体が大きくなってしまうために、携帯型電子機器の小型化が妨げられる問題がある。
【０００３】
このような問題を解決するために、例えば、特開平１０−１１１６５９号公報（特許文献１）には、液晶パネルを構成する２枚のガラスのうち一方のガラスに圧電素子と圧電素子の駆動に関わる回路を実装し、液晶パネル周縁がケースに保持された液晶表示装置が開示されている。このような液晶表示装置においては、圧電素子でガラスを振動させることによって音を発生させているために、振動板を別途で設ける必要がなくなり、これによって液晶表示装置を小型化することができる。また、液晶パネルを大きくしてその表示容量を増やしても、このことは発音体の振動板を大型化させることと等しいために、発音体の効率的な駆動が可能となる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１１１６５９号公報（第２、３頁、第１図、第３図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に開示された液晶表示装置においては、液晶表示パネルの周縁（つまり液晶表示パネルを構成するガラスの周縁）がケースに保持されているために、ガラスの振動が抑制される。これにより良質な音を発生させることが難しく、また、所定の音圧を得るためには圧電素子の駆動にパワーが必要となる。また、音質が、ガラスとケースとの間の取り付け状態に依存して変化するという問題がある。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、圧電素子の駆動によって振動する振動部材を保持する必要がなく、振動部材の振動特性が高められた圧電トランスデューサを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、薄板状の圧電体の表裏面に電極が形成された圧電素子と、弾性材料からなる湾曲した補強板と、を貼り合わせてなる湾曲した圧電アクチュエータと、
前記補強板の両端を固定する保持手段と、
前記圧電アクチュエータの凸面側の頂点近傍に取り付けられ、前記圧電体を面方向で伸縮させることによって前記圧電アクチュエータの凸部に生ずる厚さ方向の振動によって振動する振動部材と、
を具備することを特徴とする圧電トランスデューサ、が提供される。
【０００８】
このような圧電トランスデューサにおいては、補強板として湾曲した頂点近傍に凸面側に突出した突起部を有するものを用い、その突起部に振動部材を取り付けてもよい。なお、圧電素子は補強板の凹面側に取り付ける。
【０００９】
また、本発明によれば、薄板状の圧電体の表裏面に電極が形成された圧電素子と弾性材料からなる湾曲した補強板とを貼り合わせてなる湾曲した圧電アクチュエータと、
前記湾曲した圧電アクチュエータの両端を固定する保持手段と、
前記湾曲した圧電アクチュエータの凸面側の頂点近傍に設けられた塊状または棒状の突起部材と、
前記突起部材に取り付けられ、前記圧電体を面方向で伸縮させることによって前記圧電アクチュエータの凸部に生ずる厚さ方向の振動によって振動する振動部材と、
を具備することを特徴とする圧電トランスデューサ、が提供される。
【００１０】
このような圧電トランスデューサにおいては、突起部材として絶縁材料からなる部材を用い、圧電素子を補強板の凸面側に取り付けて突起部材を圧電素子に取り付けた構造とするができる。また、圧電素子を補強板の凹面側に取り付け、突起部材を補強板の凸面側の頂点近傍に取り付けた構造としてもよい。
【００１１】
このような圧電トランスデューサによれば、圧電アクチュエータによって振動部材が保持されているために、振動部材をその周縁部分等の他の部分で固定する必要がない。これにより振動部材の振動が抑制されるということがなく、低電力で振動部材を大きく振動させることができる。また、振動部材の周縁部等の固定状態によって振動特性が変化するという問題を生じないために、複数の圧電トランスデューサにおける振動特性のばらつきの発生が抑えられる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、圧電トランスデューサ１の概略側面図である。圧電トランスデューサ１は、薄板状の圧電体１２の表裏面に電極１３が形成された圧電素子１１と弾性材料からなる湾曲した補強板１４とを貼り合わせてなる湾曲した圧電アクチュエータ１０と、圧電アクチュエータ１０を固定する基板１５と、圧電アクチュエータ１０の凸面側（つまり、圧電素子１１の表面側）の頂点近傍に取り付けられた振動板１６と、を有している。
【００１３】
圧電体１２としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系の圧電セラミックスが用いられる。圧電素子１１の作製方法としては、従来公知の方法、例えば、セラミックス粉末をシート成形し、グリーンシートから矩形板を打ち抜き加工等し、得られた矩形板を焼成して圧電体１２を得て、圧電体１２の表裏面に銀ペースト等を印刷して焼成することによって電極１３を形成し、電極１３間に所定の電圧を印加することによって圧電体１２を分極処理する、という方法が用いられる。
【００１４】
補強板１４は、外部から何ら力を受けない状態で、湾曲した状態を維持している。補強板１４としては、ステンレス、銅、リン青銅等のバネ性を有する金属板が好適に用いられる。補強板１４として、樹脂板に薄い金属箔が貼り付けられた基板を用いることもできるが、この場合には、湾曲した樹脂板と湾曲した金属箔とが、接着や溶着によって、貼り合わされてるものを用いることが好ましい。
【００１５】
上述した製造方法によって作製される圧電素子１１は、平坦な形状を有するが、補強板１４と貼り合わせる際に湾曲される。逆に、圧電素子１１は補強板１４に貼り合わされる際に、補強板１４の形状に沿って曲げることができるようなしなやかさを有することが必要とされる。具体的には、圧電板１２の厚さを薄くすることが必要であり、圧電板１２の厚さは、補強板１４の湾曲率を考慮して、適宜、適切な厚さに設定される。なお、圧電素子１１と補強板１４との貼り合わせには、樹脂接着剤を用いて行われる。
【００１６】
例えば、補強板１４の全長が３０ｍｍ、厚さが５０μｍ〜２００μｍ、曲率が１８０ｍｍであり、このような補強板１４に、全長が２６ｍｍ、厚さが５０μｍ〜２００μｍの圧電素子１１を接着して、圧電アクチュエータ１０を構成することができる。なお、この寸法はあくまでも一例であって、これに限定されるものではない。圧電アクチュエータ１０の形状は、振動板１６の大きさや振動板１６に取り付ける位置、振動板１６に取り付ける個数、圧電アクチュエータ１０に必要とされる強度や変位量等を考慮して、適宜、適切な条件に設定される。
【００１７】
補強板１４の両端は基板１５に固定されている。基板１５は、例えば、圧電アクチュエータ１０を駆動するための電子部品等が取り付けられたプリント配線基板である。補強板１４の基板１５への固定方法としては、接着剤を用いる方法、補強板１４の端部を基板１５に埋設させる方法が挙げられる。また、基板１５の表面に金属箔が取り付けられている場合や基板１５が金属板である場合には、補強板１４の両端をこのような基板にハンダ付けやスポット溶接等によって固定することも可能である。
【００１８】
振動板１６は、圧電素子１１の表面に接着剤を用いて取り付けられる。これらの接着面積を一定とするためには、例えば、振動板１６の一定面積に一定の厚さで接着剤を塗布し、一定の力で圧電素子１１に押し付ける方法が挙げられる。振動板１６としては、圧電素子１１の電極１３と接するために、ガラス板やセラミックス板等の絶縁材料からなるものが好ましいが、金属板であっても、その表面に絶縁処理が施されていれば、ガラス板等と同様に用いることができる。
【００１９】
このような構造を有する圧電トランスデューサ１において、圧電素子１１を圧電板１２が長さ方向（面方向）に伸縮する横モード（ｄ３１モード）で駆動すると、圧電素子１１から受ける力によって補強板１４も長手方向で伸縮しようとする。しかしここで、補強板１４の両端が固定されているために、図１中の矢印Ａで示されるように、補強板１４の湾曲した頂点近傍（つまり圧電アクチュエータ１０の頂点近傍）が補強板１４の厚さ方向に振動する。つまり、圧電アクチュエータ１０は、その両端が固定された状態で屈曲振動する。この振動によって振動板１６も同じ方向に振動する。
【００２０】
振動板１６はその端面等が固定されていないために、振動板１６の振動が妨げられることがない。このため、振動板１６に所定の強さの振動を発生させるために圧電アクチュエータ１０に必要とされる発生力や変位量を従来よりも小さくすることができる。また、振動板１６の端面等を固定した場合には、その固定状態の違いによって振動板１６の振動形態に違いが生ずるおそれ、つまり個々の製品について振動板１６の振動特性が異なり、品質が安定しなくなるおそれがある。しかし、圧電トランスデューサ１においては、そのような問題が生じない。
【００２１】
圧電素子１１は、低周波数〜超音波領域の任意の周波数で駆動させることができる。圧電アクチュエータ１０を共振駆動させる場合には、圧電体１２として機械的品質係数Ｑｍの大きい材料を用いることが好ましく、非共振駆動させる場合には、圧電体１２として圧電定数ｄ３１と電気機械結合係数ｋ３１の大きい材料を用いることが好ましい。高い周波数で駆動させる場合には、発熱を抑制するために誘電損失δの小さい材料を用いることが好ましい。
【００２２】
上述した圧電トランスデューサ１において、振動板１６が携帯型電子機器の液晶パネルである場合には、液晶パネルにスピーカとしての機能を付加させることができる。これにより、携帯型電子機器を小型化することができる。基板１５は液晶パネルの制御基板に装着することができ、この制御基板を携帯型電子機器のケースに装着すれば、液晶パネルの端面を携帯型電子機器のケース等に固定する必要がない。例えば、液晶パネルの縁部を液晶パネルの振動を妨げないような柔らかいゴム等の部材に当接させる等すれば、ケースと液晶パネルとの間に隙間が生ずることもない。基板１５が液晶パネルの制御基板であってもよい。このような構成によって音質を一定に保持することができ、また製品の音質にばらつきが生ずることを抑制することができる。
【００２３】
圧電トランスデューサ１において、圧電アクチュエータ１０を超音波波長域で駆動させることによって、圧電トランスデューサ１をソナーや医療用超音波診断子として用いることができる。この場合において、振動板１６を直接に測定対象に当接させることも、間接的に超音波を測定対象に照射することもできる。また、圧電トランスデューサ１は、振動板１６に力が加えられることによって圧電素子１１に生ずる電力（電圧）から加えられた力の大きさを測定する圧力センサ等として用いることも可能である。
【００２４】
次に、圧電トランスデューサの別の実施形態（圧電トランスデューサ１ａ〜１ｃ）について説明する。図２は、圧電トランスデューサ１ａの概略側面図である。圧電トランスデューサ１ａは、補強板１４の凹面側に圧電素子１１が接着されてなる圧電アクチュエータ１０ａを有し、補強板１４に振動板１６が接着された構造を有している。圧電トランスデューサ１と圧電トランスデューサ１ａとは、同等の特性を有する。
【００２５】
図３は圧電トランスデューサ１ｂの概略側面図である。圧電トランスデューサ１ｂが先に説明した図１に示した圧電トランスデューサ１と異なる点は、圧電素子１１の凸面頂上に図３が記された紙面に垂直な方向を長手方向とする棒状の突起部材１７が取り付けられ、この突起部材１７に振動板１６が取り付けられていること、である。
【００２６】
圧電トランスデューサ１・１ａにおいては、例えば、振動板１６に線状に接着剤を印刷して圧電素子１１に貼り付けたとしても、接着剤の拡がりによって、振動板と圧電素子１１との間の接着面積が広くなるおそれがある。この接着面積が広くなると、圧電素子１１と振動板１６との接着部分で発生する応力が大きくなる。また、圧電アクチュエータ１０の振動が阻害されるようになる。さらに振動板１６を圧電素子１１に接着する際に、接着剤が拡がることによって振動板と圧電素子１１との間の接着面積が変化すると、個々の圧電トランスデューサ１における振動特性にばらつきが生ずるおそれがある。
【００２７】
しかし、圧電トランスデューサ１ｂにおいては、突起部材１７を介して圧電素子１１と振動板１６とを接続することによって、これらの接着面積を小さくすることができるため、このような問題の発生を抑えることができる。
【００２８】
突起部材１７は、断面略円形の棒状部材に限定されない。例えば、圧電素子１１との接着面積と振動板１６との接着面積を小さくしながら、安定して振動板１６を保持するために、断面が多角形（例えば、正八面体等）の棒状部材を用いてもよい。また、突起部材１７として球形部材を用いることもできる。これにより圧電素子１１との接着面積および振動板１６との接着面積をさらに小さくすることができる。さらに、突起部材１７として多面体（例えば、正十二面体や正二十面体）等を用いてもよく、これにより接着面を安定させることができる。
【００２９】
図４は圧電トランスデューサ１ｃの概略側面図である。圧電トランスデューサ１ｃは、湾曲した形状を有し、その頂点部分に外側に突出した突起部１８が形成された補強板１４ａと、補強板１４ａの凹面側に取り付けられた圧電素子１１とからなる圧電アクチュエータ１０ｂと、補強板１４ａを固定する基板１５と、補強板１４ａの突起部１８に取り付けられた振動板１６と、を有している。
【００３０】
この突起部１８はトンネル状であり、図４が記されている紙面に垂直な方向が長手方向となっている。圧電トランスデューサ１ｃも、圧電トランスデューサ１ｂと同様に、振動板１６を突起部１８に接着することによって接着面積を小さくすることができるため、圧電アクチュエータ１０ａの振動が阻害され難く、また、複数の圧電トランスデューサ１ｃにおいて振動板１６の振動特性にばらつきが生ずることを抑制することができる。
【００３１】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこのような実施の形態に限定されるものではない。例えば、図３に示した圧電トランスデューサ１ｂは、図２に示した圧電トランスデューサ１ａと同様に、圧電素子１１を補強板１４の凹面側に取り付けて、補強板１４の凸面側頂上近傍に突起部材１７を取り付け、さらにこの突起部材１７に振動板１６を接着した形態、に変形させることができる。
【００３２】
突起部材１７としては、断面略半円形の棒部材や、半球状の部材を用いてもよい。また、圧電トランスデューサ１ｃにおいては、突起部１８を半球状としてもよい。これによって突起部１８と振動板１６との接着面積を小さくすることができる。補強板１４ａに形成された突起部１８への振動板１６の取り付け方法は、接着剤を用いる方法に限定されない。例えば、補強板１４ａが金属であり振動板も金属である場合には、これらを突起部１８で溶接して接続することもできる。但し、補強板１４ａには圧電素子１１を駆動した際に電気が流れるために、振動板１６にも電気が流れる。このため、振動板１６の表面・側面に絶縁膜を形成する等の処理を施すことが必要となる場合がある。
【００３３】
振動板１６は一定厚さの単純な板形状に限定されるものではない。例えば、振動板１６は、表面に凹凸を有していてもよく、厚さ方向に貫通するスリット（孔部）が所定の形状で所定の位置に形成されていてもよい。
【００３４】
【発明の効果】
上述の通り、本発明の圧電トランスデューサによれば、圧電アクチュエータによって振動部材が保持されているために、振動部材をその周縁部分等の他の部分で固定する必要がない。これにより振動部材の振動が抑制されるということがなく、低電力で振動部材を大きく振動させることができる。また、振動部材の周縁部等の固定状態によって振動特性が変化するという問題を生じないために、複数の圧電トランスデューサにおいて、その振動特性にばらつきが発生するということを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】圧電トランスデューサの概略側面図。
【図２】別の圧電トランスデューサの概略側面図。
【図３】さらに別の圧電トランスデューサの概略側面図。
【図４】さらに別の圧電トランスデューサの概略側面図。
【符号の説明】
１・１ａ・１ｂ・１ｃ；圧電トランスデューサ
１０・１０ａ・１０ｂ；圧電アクチュエータ
１１；圧電素子
１２；圧電体
１３；電極
１４；補強板
１５；基板
１６；振動板
１７；突起部材
１８；突起部
【図１】
0003587519.tif 000002
【図２】
0003587519.tif 000003
【図３】
0003587519.tif 000004
【図４】
0003587519.tif 000005