CN103444206A - 振荡器 - Google Patents

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Abstract

提出了一种振荡器，包括：压电振子(10)；振动部件(20)，所述振动部件将所述压电振子(10)限制在所述振动部件的一个表面上；弹性部件(40)，所述弹性部件设置在所述振动部件(20)的一个表面上或者与所述一个表面相对的另一个表面上，并且设置为当在平面图中观看时位于所述压电振子(10)的边缘和所述振动部件(20)的边缘之间；固定部件(42)，所述固定部件设置于所述振动部件(20)的所述一个表面或者所述另一个表面上，并且设置为当在平面图中观看时位于所述压电振子(10)和所述弹性部件(40)之间；以及支撑部件(30)，所述支撑部件通过所述弹性部件(40)和所述固定部件(42)来支撑所述振动部件(20)。

Description

振荡器
技术领域
本发明涉及一种具有压电振子的振荡器。
背景技术
作为在电子装置中使用的电声换能器，存在一种使用压电振子的压电电声换能器。所述压电电声换能器通过使用压电振子的膨胀和收缩运动来产生振动幅度。因此与通过磁铁、音圈等构成的电动电声换能器相比具有厚度减小的优势。例如，在专利文件1中公开了在压电电声换能器中涉及的技术。在专利文件1中公开的技术中，附着压电元件的底座通过具有比底座低的刚性的振动膜与支撑部件相连。
此外，压电振子也用作例如超声波传感器。在专利文件2中公开的技术涉及使用压电振子的超声波传感器，并且也公开了通过保持部件保持金属片的外周边缘，所述金属片与压电部件的膨胀和收缩振动相关联地弯曲振动。
相关文件
专利文件
[专利文件1]国际公布小册子WO2007/083497
[专利文件2]日本未审专利公开No.2007-251271
发明内容
在使用压电振子的振荡器中，要求改进振荡器的声压级别。
根据本发明，提出了一种振荡器，包括：压电振子；振动部件，所述振动部件将所述压电振子限制在所述振动部件的一个表面上；弹性部件，所述弹性部件设置在所述振动部件的一个表面上或者与所述一个表面相对的另一个表面上，并且设置为当在平面图观看时位于所述压电振子和所述振动部件的边缘之间；固定部件，所述固定部件设置于所述振动部件的所述一个表面或者所述另一个表面上，并且设置为当在平面图中观看时位于所述压电振子和所述弹性部件之间；以及支撑部件，所述支撑部件通过所述弹性部件和所述固定部件来支撑所述振动部件。
根据本发明，在使用压电振子的振荡器中，可以改进振荡器的声压级别。
附图说明
根据下面描述的优选实施例和以下附图，上述目的、其他目的、特征和优点将变得更加清楚明白。
图1是说明了根据第一实施例的振荡器的截面图。
图2是说明了图1所示的压电振子的截面图。
图3是说明了图1所示的振荡器的振动模式的截面图。
图4是说明了根据第二实施例的振荡器的截面图。
图5是说明了根据第三实施例的振荡器的截面图。
具体实施方式
下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在所有的附图中，类似的元件用类似的参考数字表示，并且将不再重复其描述。
图1是说明了根据第一实施例的振荡器100的截面图。振荡器100包括压电振子10、振动部件20、弹性部件40、固定部件42和支撑部件30。例如，振荡器100安装在诸如蜂窝电话之类的便携终端装置中。
振动部件20将压电振子10限制在所述振动部件20的一个表面上。弹性部件40设置在与振动部件20的一个表面相对的另一个表面上，并且设置为当在平面图中观看时位于压电振子10和振动部件20的边缘之间。固定部件42设置于所述振动部件20的所述另一个表面上，并且设置为当在平面图中观看时位于所述压电振子10和所述弹性部件40之间。支撑部件30通过弹性部件40和固定部件42来支撑振动部件20。下文中，将详细描述振荡器100的配置。
振动部件20具有例如平板形状。振动部件20由金属材料构成，所述金属材料例如是诸如磷青铜或不锈钢之类的通用材料。振动部件20的厚度优选地是5μm至500μm。此外，振动部件20的纵向弹性模量优选地是1GPa至500GPa。当振动部件20的纵向弹性模量过低或过高时，存在可能损坏振荡器的振动特性和可靠性的问题。
弹性部件40由诸如基于石蜡的聚合物材料之类的树脂材料构成，所述材料例如是聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚氨酯。例如，将多个弹性部件40彼此分离地设置在压电振子10周围，但是本发明不限于此。换句话说，可以将弹性部件40设置为一体以便包围压电振子10的整个周界，或者可以在弹性部件40的周界部分中设置仅一个弹性部件。
此外，在实施例中，将弹性部件40设置为与振动部件20的另一个表面接合，但是也可以设置为将弹性部件与例如振动部件20的所述一个表面接合。
固定部件12由金属材料构成，例如黄铜、不锈钢或铜。固定部件42具有比弹性部件40更高的弹性模量。
例如，固定部件42位于将弹性部件40与压电振子10的中心点相连的直线上。因此，在随后描述的该实施例的振动模式下，可以有效地增加振动部件20的振动幅度。
按照与弹性部件40类似的方式，例如多个固定部件42彼此分离地设置在压电振子10周围，但是本发明不限于此。此外，在实施例中，固定部件42设置为与振动部件20的所述另一个表面接合，但是固定部件42可以设置为与例如振动部件20的所述一个表面接合。
如图1所示，通过例如连接部件46将固定部件42与振动部件20接合。连接部件46可以由例如金属材料构成。连接部件46可以由弹性材料构成，例如天然橡胶、NBR橡胶或硅橡胶。在这种情况下，因为减弱了固定部件42对振动部件20的约束力，可以增加在随后描述的实施例的振动模式中的振荡幅度。
沿与振动部件20的一个表面水平的平面方向，连接部件46的横截面小于固定部件42的横截面。即使在这种情况下，因为减弱了固定部件42对振动部件20的约束力，可以增加随后描述的实施例的振动模式中的振动幅度。
如图1所示，通过例如连接部件44将弹性部件40与振动部件20接合。连接部件44由例如金属材料构成。
如图1所示，将支撑部件30设置在振动部件20的所述另一个表面一侧上。将在振动部件20的所述另一个表面一侧上设置的支撑部件30与在振动部件20的所述另一个表面上设置的弹性部件40和固定部件42相接合。因此，支撑部件30支撑振动部件20。
此外，例如当将弹性部件40和固定部件42设置在振动部件20的不同表面上时，将支撑部件30设置在振动部件20(未示出)的所述一个表面一侧和所述另一个表面一侧上。
图2是说明了图1所示的压电振子10的截面图。如图2所示，压电振子10具有压电体70、上电极72和下电极74。压电体70***到上电极72和下电极74之间。此外，压电体70沿压电体70的厚度方向(图2的垂直方向)极化。例如，压电振子10在与振动部件20的所述一个表面水平的平面方向上是圆形或椭圆形的。
压电体70由具有压电效应的材料构成，并且由例如作为具有高机电转换效率材料的锆钛酸铅(PZT)或钛酸钡(BaTiO3)构成。此外，压电体70的厚度优选地是10μm至1mm。当厚度小于10μm时，由于压电体70由易碎材料构成，可能存在处理期间损坏压电体的问题。另一方面，当厚度超过1mm时，压电体70的电场强度降低，导致能量转换效率降低。
上电极72和下电极74由具有电导性质的材料构成，例如银或银/钯合金。因为银是低阻通用材料，从制造成本和制造工艺的观点来看存在优势。此外，银/钯合金是具有优秀抗氧化性的低阻材料，并且具有良好的可靠性。上电极72和下电极74的厚度优选地是1μm至50μm。当厚度小于1μm时，难以均匀地模制上电极72和下电极74。另一方面，当厚度超过50μm时，上电极72或下电极74用作相对于压电体70的约束表面，导致了能量转换效率的降低。
振荡器100包括控制单元90和信号产生单元92。信号产生单元92与压电振子10相连，并且产生输入到压电振子10的电信号。控制单元90与信号产生单元92相连，并且控制信号产生单元92的信号产生。控制单元90基于从外部输入的信息来控制信号产生单元92的信号产生，从而允许控制振荡器100的输出。
当振荡器100用作参量扬声器时，控制单元90通过信号产生单元92输入参量扬声器的调制信号。在这种情况下，压电振子10使用等于或大于20kHz(例如100kHz)的声波作为信号的载波。
此外，当振荡器100用作通用扬声器时，控制单元90可以通过信号产生单元92将声音信号直接输入到压电振子10。
此外，当振荡器100用作声波传感器时，输入到控制单元90的信号是用于实现声波振荡的命令信号。当振荡器100用作声波传感器时，信号产生单元92使压电振子10产生具有压电振子10的谐振频率的声波。
参量扬声器的操作原理如下。参量扬声器使用将超声波(其上执行了AM调制、DSB调制、SSB调制或FM调制)发射到空气中、并且当超声波传播到空气中时基于非线性特性发出可听得见的声音的原理来执行声音再现。这里的术语“非线性”表示由流体的惯性作用和粘性作用的比率表示的罗纳德数(Reyno1ds number)增加时，从层流到涡流的转变。换句话说，因为在流体内非常轻微地扰动声波，所述声波非线性地传播。具体地，当将超声波发射到空气中时，显著地产生与非线性相关联的高次谐波。此外，声波处于疏密状态，其中空气中的分子团疏松地和稠密地混合。当空气分子恢复的时间长于压缩时，在压缩之后不能够恢复的空气与连续传播的空气分子碰撞，从而发生冲击波。通过这种冲击波产生了听得见的声音。因为参量扬声器可以只在用户附近形成声音场，从隐私保护的观点来看参量扬声器是优秀的。
接下来，将描述实施例中振动部件20的幅度增加的原理。图3是说明了图1所示的振荡器100的振动模式的截面图。振动部件20沿图3的垂直方向与压电振子10的膨胀和收缩振动相关联地振动。此时，振动部件20使用固定部件42作为支撑点50来振动。
在实施例中，将弹性部件40设置在更靠近振动部件20的边缘而不是固定部件42的位置处。因此，当振动部件20振动时，将来自弹性部件40的应力沿由图3的粗箭头所示的方向施加至振动部件20的末端。
换句话说，如图3(a)所示，当振动部件20沿图中向下凸起的方式振动时，更靠近振动部件20的边缘而不是支撑点50的部分在图中向上偏移。此时，将附图中向下的应力(即沿振动部件20的振动增加的方向的应力)从弹性部件40施加至振动部件20的末端。
此外，如图3(b)所示，当振动部件20按照附图向上凸起的方式振动时，更靠近振动部件20的边缘而不是支撑点50的部分在图中向下偏移。此时，将附图中向上的应力(即沿振动部件20的振动增加的方向的应力)从弹性部件40施加至振动部件20的末端。
按照这种方式，振动部件20的幅度增加。
接下来，将描述实施例的效果。根据实施例的振荡器100包括：弹性部件40，设置在振动部件20的所述另一个表面上，并且设置为当在平面图中观看时位于压电振子10和振动部件20的边缘之间；以及固定部件42，设置于所述压电振子10的所述另一个表面上，并且设置为当在平面图中观看时位于所述压电振子10和所述弹性部件40之间。支撑部件30通过弹性部件40和固定部件42来支撑振动部件20。
利用这种结构，当振动部件20振动时，通过使用固定部件42作为支撑点，振动部件20从弹性部件接收沿垂直方向的应力。因此，振动部件20的幅度增加。因此，在使用压电振子的振荡器中，可以改进振荡器的声压级别。
图4是说明了根据第二实施例的振荡器102的截面图，并且与根据第一实施例的图1相对应。根据所述实施例的振荡器102具有与根据第一实施例的振荡器100相同的配置，不同之处在于将弹性部件40和固定部件42设置在振动部件20的所述一个表面和所述另一个表面上。
如图4所示，通过振动部件20的所述一个表面和所述另一个表面上的连接部件44将弹性部件40接合到振动部件20。当在平面图中观看时，在振动部件20的所述一个表面上设置的弹性部件40以及在振动部件20的所述另一个表面上设置的弹性部件40位置彼此重叠。
通过振动部件20的所述一个表面和所述另一个表面上的连接部件46将固定部件42接合到振动部件20。当在平面图中观看时，在振动部件20的所述一个表面上设置的固定部件42以及在振动部件20的所述另一个表面上设置的固定部件42位置彼此重叠。
支撑部件30设置在振动部件20的所述一个表面一侧和所述另一个表面一侧上。支撑部件30通过设置在振动部件20的所述一个表面和所述另一个表面上的弹性部件40和固定部件42来支撑振动部件20。
即使在所述实施例中，可以获得与第一实施例相同的效果。
此外，弹性部件40设置在振动部件20的所述一个表面和所述另一个表面上。为此原因，当振动部件20振动时，与第一实施例相比，从弹性部件40施加至振动部件20的应力增加。因此，可以进一步地增加振动部件的幅度。
图5是说明了根据第三实施例的振荡器104的截面图，并且与根据第一实施例的图1相对应。根据所述实施例的振荡器104具有与根据第一实施例的振荡器100相同的配置，不同之处在于弹性部件40由弹簧构成。
即使在所述实施例中，可以获得与第一实施例相同的效果。
如上所述，尽管已经参考附图描述了本发明的实施例，它们只是本发明的说明，可以采用除了上述之外的各种配置。
本申请要求2011年3月31日递交的日本专利申请No.2011-081036的优先权，将其内容通过引用合并在此。

Claims (5)

1.一种振荡器，包括：
压电振子；
振动部件，所述振动部件将所述压电振子限制在所述振动部件的一个表面上；
弹性部件，所述弹性部件设置在所述振动部件的一个表面上或者与所述一个表面相对的另一个表面上，并且设置为当在平面图观看时位于所述压电振子和所述振动部件的边缘之间；
固定部件，所述固定部件设置于所述振动部件的所述一个表面或者所述另一个表面上，并且设置为当在平面图中观看时位于所述压电振子和所述弹性部件之间；以及
支撑部件，所述支撑部件通过所述弹性部件和所述固定部件来支撑所述振动部件。
2.根据权利要求1所述的振荡器，其中所述弹性部件由聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚氨酯构成。
3.根据权利要求1所述的振荡器，其中所述弹性部件是弹簧。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的振荡器，其中所述弹性部件设置在所述振动部件的所述一个表面和所述另一个表面上。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的振荡器，其中通过弹性材料将所述固定部件接合到所述振动部件。
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