特開 2023-179048 圧電モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023179048

(43)【公開日】2023-12-19

(54)【発明の名称】圧電モジュール

(51)【国際特許分類】

   H04R 17/00 20060101AFI20231212BHJP

   B06B 1/06 20060101ALI20231212BHJP

   H10N 30/87 20230101ALI20231212BHJP

   H10N 30/88 20230101ALI20231212BHJP

   H10N 30/50 20230101ALI20231212BHJP

   H10N 30/20 20230101ALI20231212BHJP

【ＦＩ】

H04R17/00

B06B1/06 Z

H01L41/047

H01L41/053

H01L41/083

H01L41/09

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022092092

(22)【出願日】2022-06-07

(71)【出願人】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100124062

【弁理士】

【氏名又は名称】三上 敬史

(72)【発明者】

【氏名】堀井 拓人

(72)【発明者】

【氏名】工藤 晋太郎

(72)【発明者】

【氏名】渡部 桂一

【テーマコード（参考）】

5D004

5D107

【Ｆターム（参考）】

5D004AA02

5D004FF08

5D107AA07

5D107BB08

5D107CC02

5D107CC10

5D107FF10

(57)【要約】

【課題】振動調整の精度向上が図られた圧電モジュールを提供する。
【解決手段】 圧電モジュール１では、振動調整部材４０の板部４１が圧電素子１０の第１主面１０ａ上に設けられている。圧電モジュール１が振動するとき、板部４１が形成された領域およびその周辺領域では振動がある程度制限される。そのため、圧電素子１０に対する板部４１の位置や板部４１の各種寸法を調整することで、圧電モジュール１の振動を調整することができる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電極膜で構成された対向する第１主面および第２主面を有する圧電素子と、
前記圧電素子の第１主面上に設けられ、前記第１主面に対して平行に延在するとともに前記第１主面を構成する電極膜と直接接する板部を有する振動調整部材と、
前記圧電素子の第２主面に重ねられた振動板と
を備えた、圧電モジュール。

【請求項2】

前記圧電素子の第１主面と前記振動調整部材の板部との間に介在する絶縁部材をさらに備える、請求項１に記載の圧電モジュール。

【請求項3】

前記振動調整部材が、導電材料で構成され、かつ、前記板部から延びるとともに外部配線が接続される接続部をさらに有し、
前記接続部は、前記板部よりも前記圧電素子の第１主面から離れている、請求項１に記載の圧電モジュール。

【請求項4】

前記振動調整部材の接続部に前記外部配線がカシメ固定されている、請求項３に記載の圧電モジュール。

【請求項5】

前記圧電素子の第１主面および第２主面の対向方向から見て、前記振動調整部材の板部が円状、円環状または部分円環状を有する、請求項１に記載の圧電モジュール。

【請求項6】

前記圧電素子の第１主面および第２主面の対向方向から見て、前記圧電素子の中央に前記振動調整部材の板部が位置している、請求項１～５のいずれか一項に記載の圧電モジュール。

【請求項7】

前記振動調整部材を複数有し、
前記圧電素子の第１主面および第２主面の対向方向から見て、前記複数の振動調整部材のそれぞれの板部が、前記圧電素子の中心に関して等角度間隔で配置されている、請求項１～５のいずれか一項に記載の圧電モジュール。

【請求項8】

前記振動調整部材の板部と前記振動板とが同じ材料で構成されている、請求項１に記載の圧電モジュール。

【請求項9】

前記振動調整部材の板部が前記振動板より薄い、請求項１に記載の圧電モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧電モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

引用文献１、２には、一対の電極膜で挟まれた円板状の圧電素子に、円板状の振動板が重ね合わされた構成を有する圧電モジュールが開示されている。このような圧電モジュールは、圧電素子を駆動させることにより発振し、たとえばブザーやスピーカとして利用される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】実開昭５９－１９３０９７号

【特許文献2】特開平６－３４３１９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

発明者らは、圧電素子の電極膜上に板状の部材を設けることで、圧電モジュールに生じる振動を調整できるとの知見を得た。発明者らはさらに研究を進め、高い精度で振動を調整することができる技術を新たに見出した。

【0005】

本発明は、振動調整の精度向上が図られた圧電モジュールを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一側面に係る圧電モジュールは、電極膜で構成された対向する第１主面および第２主面を有する圧電素子と、圧電素子の第１主面上に設けられ、第１主面に対して平行に延在するとともに第１主面を構成する電極膜と直接接する板部を有する振動調整部材と、圧電素子の第２主面に重ねられた振動板とを備えている。

【0007】

上記圧電モジュールにおいては、振動調整部材の板部が圧電素子の第１主面上上に設けられることで、振動が調整され得る。振動調整部材の板部は、第１主面を構成する電極膜と直接接することで、直接接しない場合に比べて、振動調整の精度が高められている。

【0008】

他の側面に係る圧電モジュールでは、圧電素子の第１主面と振動調整部材の板部との間に介在する絶縁部材をさらに備える。

【0009】

他の側面に係る圧電モジュールでは、振動調整部材が、導電材料で構成され、かつ、板部から延びるとともに外部配線が接続される接続部をさらに有し、接続部は、板部よりも圧電素子の第１主面から離れている。

【0010】

他の側面に係る圧電モジュールでは、振動調整部材の接続部に外部配線がカシメ固定されている。

【0011】

他の側面に係る圧電モジュールでは、圧電素子の第１主面および第２主面の対向方向から見て、振動調整部材の板部が円状、円環状または部分円環状を有する。

【0012】

他の側面に係る圧電モジュールでは、圧電素子の第１主面および第２主面の対向方向から見て、圧電素子の中央に振動調整部材の板部が位置している。

【0013】

他の側面に係る圧電モジュールでは、振動調整部材を複数有し、圧電素子の第１主面および第２主面の対向方向から見て、複数の振動調整部材のそれぞれの板部が、圧電素子の中心に関して等角度間隔で配置されている。

【0014】

他の側面に係る圧電モジュールでは、振動調整部材の板部と振動板とが同じ材料で構成されている。

【0015】

他の側面に係る圧電モジュールでは、振動調整部材の板部が振動板より薄い。

【発明の効果】

【0016】

本発明の種々の側面によれば、振動調整の精度向上が図られた圧電モジュールが提供される。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は、実施形態に係る圧電モジュールを示す概略斜視図である。

【図2】図２は、図１に示す圧電モジュールの部分断面図である。

【図3】図３は、振動調整部材の板部と電極膜との界面を示した概略断面図である。

【図4】図４は、異なる態様の振動調整部材の板部を示した図である。

【図5】図５は、異なる態様の振動調整部材の板部を示した図である。

【図6】図６は、異なる態様の振動調整部材の板部を示した図である。

【図7】図７は、異なる態様の振動調整部材を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

【0019】

実施形態に係る圧電モジュール１について、図１、２を参照しつつ説明する。圧電モジュール１は、圧電素子１０と振動板２０とを備えて構成されており、略円板状の外形を有する。

【0020】

圧電素子１０は、全体として略円板状であり、対向する第１主面１０ａおよび第２主面１０ｂを有する。圧電材料の一種であるＰＺＴで構成された素子本体１１と、素子本体１１をサンドイッチ状に挟む一対の電極膜１２Ａ、１２Ｂとを備えて構成されている。電極膜１２Ａが圧電素子１０の第１主面１０ａを構成しており、電極膜１２Ｂが圧電素子１０の第２主面１０ｂを構成している。素子本体１１および電極膜１２Ａ、１２Ｂはいずれも略円板状である。平面視において（すなわち、第１主面１０ａおよび第２主面１０ｂの対向方向から見て）、素子本体１１と電極膜１２Ａ、１２Ｂとは同心配置されており、素子本体１１および電極膜１２Ａ、１２Ｂの中心が圧電素子１０の中心Ｃとなっている。素子本体１１は一例として厚さ０．３ｍｍ、直径１１ｍｍであり、各電極膜１２Ａ、１２Ｂは一例として厚さ０．１ｍｍ、直径９ｍｍである。素子本体１１は、１層の圧電材料層で構成された単板タイプであってもよく、複数の圧電材料層と複数の内部電極膜とが交互に積層された積層タイプであってもよい。

【0021】

振動板２０は、略円板状であり、圧電素子１０の素子本体１１および電極膜１２Ａ、１２Ｂよりも大きい径を有する。振動板２０は、圧電素子１０と同心配置されるようにして、第２主面１０ｂ側（電極膜１２Ｂ側）から圧電素子１０に貼付されている。振動板２０は、金属等の導電材料で構成されており、たとえば黄銅で構成されている。振動板２０の厚さＴは一例として０．１５ｍｍであり、振動板２０の直径は一例として１５ｍｍである。

【0022】

振動板２０の外縁には、導電材料で構成された接続部３０が設けられている。接続部３０には、外部配線３５が接続される。本実施形態では、外部配線３５は、カシメ固定により、接続部３０と物理的かつ電気的に接続されている。接続部３０に外部配線３５をカシメ固定した後、必要に応じて超音波接合やレーザ接合をおこなってもよい。接続部３０は、外部配線３５の延在方向に対して直交する方向に延在する２本の締結部３０ａを有し、各締結部３０ａを折り曲げることにより外部配線３５を締結している。具体的には、一方の締結部３０ａは外部配線３５の先端側において絶縁被覆から露出する導線を締結し、他方の締結部３０ａはより後端側において外部配線３５の絶縁被覆を締結している。締結部３０ａの数は適宜増減することができる。

【0023】

圧電モジュール１は、圧電素子１０の第１主面１０ａ上に設けられた振動調整部材４０をさらに備えている。本実施形態において、振動調整部材４０は導電材料で構成されており、より詳しくは振動板２０の構成材料と同じ金属材料（黄銅）で構成されている。振動調整部材４０は、１枚の金属板を折り曲げて形成されている。振動調整部材４０を構成する金属板の厚さｔは、一例として０．１ｍｍである。振動調整部材４０は導電性を有するため、本実施形態では、圧電素子１０の第１主面１０ａを構成する電極膜１２Ａと電気的に接続される端子部材として機能する。振動調整部材４０は、板部４１と接続部４２とを備えて構成されている。

【0024】

板部４１は、板状を呈し、本実施形態では略円板状を呈する。板部４１は、圧電素子１０の第１主面１０ａに対して平行に延在しており、絶縁部材の一種である絶縁接着材により第１主面１０ａに接着されている。図３は、板部４１と圧電素子１０の電極膜１２Ａとの接着の様子を示した断面図である。図３に示すように、板部４１と圧電素子１０の第１主面１０ａとの間は絶縁接着材５０で充たされている。ただし、微視的に見ると、板部４１と電極膜１２Ａとは、互いに物理的に接触しているとともに電気的に接続されている。図３に示した態様では、板部４１が所定の表面粗さを有しており、その表面に不規則な凹凸が形成されており、複数の突部４１ａが形成されている。板部４１は、突部４１ａにおいて第１主面１０ａ（電極膜１２Ａ）と物理的に接触しており、突部４１ａを通して電極膜１２Ａと電気的に接続されている。すなわち、各突部４１ａが、板部４１と電極膜１２Ａとの間の電気的な接続経路を構成している。板部４１と電極膜１２Ａとの間に絶縁接着材５０を介在させた後、所定の圧力で圧着させることにより、物理的な接触を増やすことができる。絶縁接着材５０には、嫌気性や吸湿硬化性の接着材料を用いることができる。凹凸が不規則であるとは、凹凸における頂の間隔が不規則に変化していること、及び、凹凸の高低差が不規則に変化していることの少なくとも一方を含む。不規則な凹凸は、板部４１および電極膜１２Ａの少なくともいずれか一方にあればよく、両方にあってもよい。

【0025】

接続部４２は、板部４１から延びる部分であり、板部４１同様に圧電素子１０の第１主面１０ａに対して平行に延在している。接続部４２は、板部４１よりも圧電素子１０の第１主面１０ａから離れており、第１主面１０ａには接していない。板部４１と接続部４２との間には段部または傾斜部が形成されていてもよい。接続部４２には、外部配線４５が接続される。本実施形態では、外部配線４５は、カシメ固定により、接続部４２と物理的かつ電気的に接続されている。接続部４２は、外部配線４５の延在方向に対して直交する方向に延在する２本の締結部４２ａを有し、各締結部４２ａを折り曲げることにより外部配線４５を締結している。具体的には、一方の締結部４２ａは外部配線４５の先端側において絶縁被覆から露出する導線を締結し、他方の締結部４２ａはより後端側において外部配線４５の絶縁被覆を締結している。接続部４２に外部配線４５をカシメ固定した後、必要に応じて超音波接合やレーザ接合をおこなってもよい。締結部４２ａの数は適宜増減することができる。

【0026】

上述した圧電モジュール１においては、一対の外部配線３５、４５間に電圧の向きが交互に変わる信号（交流電圧）を入力すると、電極膜１２Ａ、１２Ｂ間に電圧が印加されることで、圧電素子１０が面方向に伸縮する。そして、圧電素子１０の伸縮に起因する振動が振動板２０により増強される。圧電素子１０では、基本周波数の一次振幅モード（共振）が生じ得る。

【0027】

圧電モジュール１では、振動調整部材４０の板部４１が圧電素子１０の第１主面１０ａ上に設けられている。圧電モジュール１が振動するとき、板部４１が形成された領域およびその周辺領域では振動がある程度制限される。そのため、圧電素子１０に対する板部４１の位置（たとえば中心Ｃからの距離）や板部４１の各種寸法（たとえば平面寸法、厚さ）を調整することで、圧電モジュール１の振動を調整することができる。

【0028】

なお、振動調整部材４０の板部４１が、圧電素子１０の第１主面１０ａを構成する電極膜１２Ａと直接接している。たとえば、板部４１と電極膜１２Ａとの間に導電ペーストやはんだが介在し、それらを介して板部４１と電極膜１２Ａとが間接的に接している場合には、振動調整の十分な精度が得られないことが考えられる。圧電モジュール１では、板部４１と電極膜１２Ａとの間には導電ペーストもはんだも介在しておらず、振動調整部材４０の板部４１が電極膜１２Ａと直接接することで、直接接しない場合に比べて、高い精度の振動調整を実現することができる。その上、板部４１と電極膜１２Ａとの間にはんだが介在する場合には電極材料がはんだに拡散する現象（いわゆる電極食われ）が生じ得るが、圧電モジュール１では板部４１と電極膜１２Ａとの間にはんだが介在していないため、このような事態が有意に回避されている。

【0029】

振動調整部材４０の板部４１と電極膜１２Ａとが直接接している限りにおいては、振動調整部材４０の板部４１と電極膜１２Ａとの間に接着材が介在していてもよく、接着材が介在していなくてもよい。上述した実施形態のように、接着材として絶縁接着材５０を用いることで、液だれや糸引きなどにより接着材が板部４１および電極膜１２Ａ以外の導電部材（たとえば振動板２０や接続部３０）に付着した場合であってもショートや特性不良を回避することができる。接着材が介在しない態様では、振動調整部材４０は板部４１において電極膜１２Ａにたとえば超音波接合やレーザ接合により取り付けられ得る。

【0030】

振動調整部材４０は、上述した態様に限定されず、様々に変形することができる。

【0031】

たとえば、振動調整部材４０は、導電材料で構成されていてもよく、導電材料で構成されていてもよい。また、振動調整部材４０は、接続部４２を備えない態様であってもよく、この場合、振動調整部材４０に外部配線４５は接続されない（たとえば、その他の手段により外部配線４５が電極膜１２Ａと電気的に接続される）。

【0032】

圧電モジュール１の振動調整部材４０の各種寸法や位置、形状等についても適宜変更することができる。

【0033】

振動調整部材４０の板部４１の平面寸法に関しては、第１主面１０ａの一部領域を覆う寸法であってもよく、第１主面１０ａの全領域を覆う寸法であってもよい。板部４１の寸法が小さい場合には、板部４１が圧電素子１０の伸縮を阻害しにくくなるため、大きな変位（振動）を得ることができる。

【0034】

振動調整部材４０の板部４１の厚さｔに関しては、振動板２０の厚さＴより薄くなるように設計することができる。板部４１の厚さｔが薄い場合には、板部４１が圧電素子１０の伸縮を阻害しにくくなるため、大きな変位（振動）を得ることができる。

【0035】

振動調整部材４０の板部４１の位置に関しては、図４（ａ）に示すように第１主面１０ａの外周縁から離間していてもよく、図４（ｂ）に示すように第１主面１０ａの外周縁に位置合わせされていてもよい。

【0036】

振動調整部材４０の数に関しては、１つに限らず、複数であってもよい。図５（ａ）では、３つの振動調整部材４０のそれぞれの板部４１が示されている。３つの板部４１は、圧電素子１０の中心Ｃに関して等角度間隔（すなわち、１２０度）で配置されている。振動調整部材４０の数は、２つであってもよく４つ以上であってもよい。複数の板部４１を等角度間隔で配置することで、振幅が最も大きくなる振動中心を圧電素子１０の中心Ｃに近づけることができる。図５（ｂ）に示すように複数の振動調整部材４０のそれぞれの板部４１の位置は第１主面１０ａの外周縁に位置合わせされていてもよい。

【0037】

振動調整部材４０の板部４１の平面形状に関しては、円状に限らず、図６（ａ）に示すような円環状であってもよく、図６（ｂ）に示すような部分円環状（たとえば、Ｃ字状、半円環状）であってもよい。円環状や部分円環状の板部４１は、圧電素子１０の中央に（たとえば中心Ｃを囲むように）配置することができる。

【0038】

振動調整部材４０の構成は、上述した構成に限らず、様々な構成を採用することができ、たとえば図７に示すように外部配線４５の先端の延在方向に対して直交する方向に沿って板部４１と接続部４２とが並んだ構成であってもよい。

【0039】

上述の記載から把握されるとおり、本明細書は下記を開示している。
［付記１］
電極膜で構成された対向する第１主面および第２主面を有する圧電素子と、
前記圧電素子の第１主面上に設けられ、前記第１主面に対して平行に延在するとともに前記第１主面を構成する電極膜と直接接する板部を有する振動調整部材と、
前記圧電素子の第２主面に重ねられた振動板と
を備えた、圧電モジュール。
［付記２］
前記圧電素子の第１主面と前記振動調整部材の板部との間に介在する絶縁部材をさらに備える、付記１に記載の圧電モジュール。
［付記３］
前記振動調整部材が、導電材料で構成され、かつ、前記板部から延びるとともに外部配線が接続される接続部をさらに有し、
前記接続部は、前記板部よりも前記圧電素子の第１主面から離れている、付記１に記載の圧電モジュール。
［付記４］
前記振動調整部材の接続部に前記外部配線がカシメ固定されている、付記３に記載の圧電モジュール。
［付記５］
前記圧電素子の第１主面および第２主面の対向方向から見て、前記振動調整部材の板部が円状、円環状または部分円環状を有する、付記１～４のいずれか一つに記載の圧電モジュール。
［付記６］
前記圧電素子の第１主面および第２主面の対向方向から見て、前記圧電素子の中央に前記振動調整部材の板部が位置している、付記１～５のいずれか一つに記載の圧電モジュール。
［付記７］
前記振動調整部材を複数有し、
前記圧電素子の第１主面および第２主面の対向方向から見て、前記複数の振動調整部材のそれぞれの板部が、前記圧電素子の中心に関して等角度間隔で配置されている、付記１～５のいずれか一つに記載の圧電モジュール。
［付記８］
前記振動調整部材の板部と前記振動板とが同じ材料で構成されている、付記１～７のいずれか一つに記載の圧電モジュール。
［付記９］
前記振動調整部材の板部が前記振動板より薄い、付記１～８のいずれか一つに記載の圧電モジュール。

【符号の説明】

【0040】

１…圧電モジュール、１０…圧電素子、１１…素子本体、１２Ａ、１２Ｂ…電極膜、２０…振動板、４０…振動調整部材、４１…板部、４２…接続部、５０…絶縁接着材。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】