CN103391067B - 压电振动模块 - Google Patents

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Abstract

此处公开了一种压电振动模块，该压电振动模块包括由上壳体和下壳体包围的振动板，并且包括能够防止线性振动时压电元件与例如下壳体的内部组成构件之间的直接碰撞的止挡件。

Description

压电振动模块
相关申请的交叉引用
本申请要求于2012年5月8日提交的名称为“压电振动模块（PiezoelectricVibration Module）”的韩国专利申请No.10-2012-0048712的优先权，该申请的全部内容在此通过引用结合于本申请。
技术领域
本发明涉及压电振动模块。
背景技术
在诸如便携电话、电子书（E-book）终端、游戏机、PMP等便携式电子设备中，出于各种目的普遍使用了振动功能。
特别是在便携式电子设备上基本都安装了用于产生振动的振动发生器，以用作无声接收信号的提醒功能。
由于便携式电子设备的多功能的实施，振动发生器目前实际上需要小型化、集成化和多种高级功能。
此外，根据用户要求需要方便地使用便携式电子设备，普遍采用了通过触摸便携式电子设备进行输入操作的触摸型装置。
当前普遍地广泛使用的触觉装置除了包括通过触摸进行输入操作的理念之外，甚至包括反映界面用户的直觉体验以及进一步使得用于触摸的反馈多样化的理念。
触觉装置通常在外部电力施加至压电元件时通过反复的伸展和/或收缩来提供振动。如专利文献1中的超声波线性电机中所公开的那样，能够提高压电元件的防潮性能和耐用性。
在根据专利文献1的超声波线性电机中，保护材料（如硅胶）包围在压电元件的外周，以防止与构成超声波线性电机的多个组成构件产生碰撞，从而提高这些组成构件的寿命，以及提高压电元件在高湿度环境下或者在多灰尘环境下的性能。
然而，根据专利文献1的超声波线性电机除了包围压电元件的通过转化运动产生振动力的部分之外还包围其余部分，因此，明显地降低了伸展或收缩变形率。
也就是说，背景技术中的保护材料依然可能会引起压电元件的振动力劣化。因此，应该采取用于保护压电元件不受外界因素影响的其他措施。
[现有技术文献]
[专利文献]
（专利文献1）专利文献1：日本实开平02-94486号公报。
发明内容
本发明致力于提供一种能够防止与外部组成构件之间的直接碰撞的压电振动模块，该直接碰撞是由于压电元件的外部冲击和/或当压电元件启动时压电元件的不期望的大的驱动变化而引起的。
根据本发明的第一优选实施方式，提供了一种压电振动模块，该压电振动模块包括：压电元件，该压电元件通过由施加外部电力引起的反复的伸展和收缩变形而产生振动力；上壳体，该上壳体的底面是开放的并且在该上壳体中形成有内部空间，使得所述压电元件线性振动；下壳体，该下壳体连接至所述上壳体的所述底面，并且所述下壳体遮蔽所述上壳体的所述内部空间；以及振动板，该振动板包括安装有所述压电元件的下板和在所述下板的边缘处垂直地向下延伸的止挡件，并且所述振动板设置在所述上壳体和所述下壳体内并且被垂直地驱动。
所述振动板可以包括：所述下板；在所述下板的两侧的中间处垂直地向上竖立的一对上板；以及设置在所述一对上板之间的重量体，以增加所述压电元件的振动力。
所述下壳体和所述下板可以以所述下壳体和所述下板之间具有预定间隙的方式彼此分隔开。
所述止挡件的长度可以比所述下壳体和所述下板之间的间隔距离短，并且所述止挡件可以延伸成大于所述压电元件的厚度。
所述止挡件可以由与所述下板相同的材料制成。
所述止挡件可以由刚性材料制成。
所述止挡件可以以关于所述下板的中心对称的方式设置在所述边缘上。
所述止挡件可以设置在沿所述下板的长度方向彼此平行地设置的两个边缘中的一个边缘上或者两个边缘上。
所述止挡件可以设置为邻近所述下板的两端。
根据本发明的第二优选实施方式，提供了一种压电振动模块，该压电振动模块包括：压电元件，该压电元件通过由施加外部电力引起的反复的伸展和收缩变形而产生振动力；上壳体，该上壳体的底面是开放的并且在该上壳体中形成有内部空间，使得所述压电元件线性振动；下壳体，该下壳体连接至所述上壳体的所述底面，并且所述下壳体遮蔽所述上壳体的所述内部空间；以及振动板，该振动板包括安装有所述压电元件的下板和在所述下板的边缘处垂直地向下延伸的止挡件，并且所述振动板设置在所述上壳体和所述下壳体内并且被垂直地驱动。
所述振动板可以包括：所述下板；在所述下板的两侧的中间处垂直地向上竖立的一对上板；以及设置在所述一对上板之间的重量体，以增加所述压电元件的振动力。
所述下壳体和所述下板可以以所述下壳体和所述下板之间具有预定间隙的方式彼此分隔开。
所述止挡件的长度可以比所述下壳体和所述下板之间的间隔距离短，并且所述止挡件可以延伸成大于所述压电元件的厚度。
所述止挡件可以由与所述下板相同的材料制成。
所述止挡件可以由刚性材料制成。
所述止挡件可以设置在沿所述下板的长度方向彼此平行地设置的两个边缘中的一个边缘上。
附图说明
将从下面结合附图进行的详细描述更加清楚地理解本发明的上述以及其他目的、特征和优点，其中：
图1是根据本发明的第一优选实施方式的压电振动模块的立体图；
图2是图1中示出的压电振动模块的分解立体图；
图3是示意性地示出根据本发明的第一优选实施方式的压电振动模块的除了上壳体之外的前视图；
图4A至图4C是示出了图3中示出的压电振动模块的驱动过程的图；以及
图5是示出了根据本发明的第二优选实施方式的压电振动模块的示意图。
具体实施方式
将从以下结合附图对优选实施方式进行的详细描述中更加清楚地理解本发明的目的、特征和优点。在所有附图中，使用相同的附图标记来标明相同或相似的部件，并且省略其冗余描述。此外，在以下描述中，术语“第一”、“第二”、“一侧”、“另一侧”等用于将某一部件与其他部件区分开，而这样的部件的构造不应该解释为受术语所限。此外，在本发明的描述中，当确定相关技术的详细描述会掩盖本发明的主旨时，将省略其描述。
在下文中，将参照附图详细地描述本发明的优选实施方式。
图1是根据本发明的第一优选实施方式的压电振动模块的立体图。图2是图1中示出的压电振动模块的分解立体图。
如图所示，根据本发明的第一优选实施方式的压电振动模块100包括上壳体110、振动板120、重量体130和下壳体140。压电振动模块100作为用于将振动力传输至触摸屏面板（未示出）的部件使用。
上壳体110具有其中一个表面为开放并且容纳驱动体的箱体形状，即容纳安装有压电元件123的振动板120。
如上所述，振动板120通过与压电元件123一体地反复的伸展和收缩变形而进行的弯曲操作将压电元件123的振动力传输至外部部件，并且振动板120包括大体平坦的下板121。压电元件123安装在下板121的一个平坦表面上，并且重量体130安装在或者设置在下板121的另一个表面上。振动板120可以包括用于驱动压电元件123而施加电力的印刷电路板（PCB）（未示出）。
如上所述，可选择地，振动板120可以包括与平坦的下板121一起垂直地向上竖立在下板121的两侧的一对上板122。上板122连接至下板121的中间。下板121和上板122中的每一个可以形成为单件完整的部件并且可以通过除上面提到的方法之外的多种粘合方法固定连接。
振动板120由具有弹力的金属材料制成，例如不锈钢（SUS），以便不锈钢与根据外部电力的施加而反复地伸展或收缩的压电元件123一体地变形。当振动板120和压电元件123通过粘合连接的方法彼此连接时，振动板120可以由具有与压电元件相同的热膨胀系数的殷钢（invar）制成，以便防止可能由粘合构件的硬化而产生的弯曲现象。
如上所述，振动板120由具有与压电元件123相同的热膨胀系数的殷钢制成，从而减小了压电元件123被操作时或者甚至在高温外部环境下遭受热冲击时产生的热应力，从而防止电特性劣化的压电劣化现象。
所述一对上板122以与例如下板121的宽度相等的距离彼此平行地设置，结果，重量体130可以设置在该对上板122之间。作为最大限度地增加振动力的媒介的重量体130从重量体130的中间朝向两端向上倾斜，以便防止与振动板120的下板121接触。如上所述，在包括上板122的振动板120的结构中，由于重量体130不接触下板121，压电元件123可以设置在下板121的一个平坦表面上。
仅供参考，重量体130可以由金属材料制成，并且重量体130优选地由同体积中密度相对高的钨材料制成。
下壳体140由大体细长的平板形成。在这种情况中，下壳体140具有将上壳体110的开放的底面关闭的尺寸和形状。
上壳体110和下壳体140可以采用诸如嵌缝（caulking）、焊接和粘合等已广为本领域技术人员所知的多种方法彼此连接。
图3是示意性地示出根据本发明的第一优选实施方式的压电振动模块的除了上壳体之外的前视图。
振动板120以振动板120和下壳体140之间具有预定间隙的方式与下壳体140彼此平行地分隔开。优选地，振动板120的下板121通过形成在下板121的两端的台阶部连接并固定到下壳体140的两端。除此之外，下板121利用在下壳体140的两端的突出部（未示出）而在下壳体140和下板121之间形成空间的方式设置在下壳体140上。
如上所述，根据本发明的第一优选实施方式的压电振动模块100包括振动板120，更详细说，包括位于下板121的边缘处的止挡件125。优选地，止挡件125与下板121一体形成。在这种情况中，可以用各种连接方法来固定止挡件125。
止挡件125由与下板121相同的材料制成，并且优选地由归因于其高弹性系数而几乎不弹性变形的刚性材料制成。本发明的止挡件125不限于此，并且可以由柔性材料制成。
特别地，当本发明的压电振动模块100受到外部冲击、特别是当压电振动模块100跌落或当压电元件123由于压电元件123的驱动变化的增加而与内部组成构件碰撞时，止挡件125可以防止压电元件123由于下板121与下壳体140之间或者压电元件123与下壳体140之间的直接接触而引起的损坏。为此，止挡件125在下板121的边缘处垂直地向下延伸，并且止挡件125延伸成比下板121与下壳体140之间的间隔距离短，以便不影响振动板120的驱动。也就是说，止挡件125以两者间具有预定间隙而不直接接触下壳体140的方式与下壳体140分隔开。
优选地，止挡件125延伸成大于附着在下板121上的压电元件123的厚度。附着于下板121的压电元件123在下板121的不期望的驱动变化中不接触下壳体140。
如上所述，止挡件125在下板121的沿长度方向（长边）延伸的边缘处垂直地向下延伸。因此，优选地，止挡件125以靠近下板121的两端的方式在边缘处垂直地向下形成，同时止挡件在下板121的中间对称地设置。可选地，止挡件125可以在下板121的沿横向方向（短边）延伸的边缘处垂直地向下延伸。
止挡件125可以形成在沿下板121的长度方向延伸的两侧边缘之间的仅一侧边缘处或者两侧边缘处。在后一种情况中，彼此平行地设置的止挡件125以等于或者大于压电元件123的宽度的方式彼此分隔开。
结果，振动板120可以通过保护压电元件123和下壳体140以保护垂直移动时压电元件123与下壳体140之间的接触来提高跌落可靠性。
当向压电元件123施加电力时，压电元件123完全附着于下板121，通过伸展或收缩变形使得在下板121的中间处发生运动。由于在下板121固定于下壳体140的两端时发生运动，所以振动板120的中间沿垂直方向变形。
此外，压电元件123可以构造成以单层的形式或多层的形式堆叠。以多层的形式堆叠的压电元件可以在较低的外部电压的情况下确保驱动压电元件所需的电场。因此，可以降低根据本发明的压电振动模块100的驱动电压，结果，在本发明中，优选地采用以多层的形式堆叠的压电元件123。
如广为本领域技术人员所知的那样，压电元件123可以由多种材料制成，特别地由聚合物制成。
根据本发明的压电振动模块还可以包括与止挡件一起的橡胶减震件（未示出）。可选择地，在本发明的压电振动模块中，由弹性材料制成的橡胶减震件位于振动板和上壳体之间以及振动板和下壳体之间，以用于在驱动时吸收各个组成构件间的冲击。
图4A至图4C是示出了图3中示出的压电振动模块100的驱动过程的图。根据本发明的第一优选实施方式的压电振动模块100连接至诸如触摸屏面板或LCD等图像显示单元，以将振动力传输到外部。
图4A是施加外部电力之前的压电振动模块100的前视图。图4B是施加电力时压电元件123的长度增加的压电振动模块100的前视图。当压电元件123的长度增加时，下板121的变形率相对较小并且下板121固定于下壳体140，结果，振动板120弯曲且向下驱动。当压电元件123伸展时，振动板120由于压电元件123的跌落或者不正常的启动而变化成在振动板120的驱动变化增加的状态下靠近下壳体140，从而导致不必要的碰撞。在这种情况中，振动板120的止挡件125与下壳体140接触，以防止压电元件123由于撞击力而破损。
图4C是施加电力时压电元件123的长度减小的压电振动模块100的前视图。当压电元件123的长度减小时，下板121弯曲且向上驱动。
如图所示，具有压电元件123的触觉装置的用户可以通过垂直振动感觉到振动反馈。
如图5所示，根据本发明的第二优选实施方式的压电振动模块100’包括在下板121中间的止挡件125。止挡件125与下板121一体形成。在这种情况中，止挡件125不限于此，而是止挡件可以通过各种连接方法固定。
止挡件125在振动板120特别是下板121的中间（换言之，下板121和上板122之间的接合点）垂直地向下延伸，并且止挡件125的长度应该比彼此平行地设置的平坦的下板121与下壳体140之间的间隔距离短。
优选地，止挡件125延伸成大于附着在下板121上的压电元件123的厚度。附着于下板121的压电元件123在下板121的不期望的驱动变化中不接触下壳体140。
止挡件125可以由与下板122相同的材料制成。止挡件125由刚性材料制成，结果，由于止挡件125具有高弹性系数，所以止挡件125由几乎不弹性变形的刚性材料制成。本发明的止挡件125可以根据需要由柔性材料制成。
根据本发明的优选实施方式，提供了一种能够防止由能够提供振动力的压电元件构成的驱动体与内部组成构件直接碰撞的压电振动模块。
特别地，压电振动模块包括能够保护压电元件而不会影响由压电元件的启动产生的振动力的碰撞吸收构件。
虽然为了说明的目的已经公开了本发明的实施方式，但是应该理解为本发明不限于此，本领域技术人员应该理解为可以在不脱离本发明的范围和精神的情况下进行各种变型、添加和替换。
因此，任何以及所有的变型、变化或等同配置应该被认为在发明的范围内，并且将通过随附的权利要求书公开发明的详细范围。

Claims (9)

1.一种压电振动模块，该压电振动模块包括：
压电元件，该压电元件通过由施加外部电力引起的反复的伸展和收缩变形而产生振动力；
上壳体，该上壳体的底面是开放的并且在该上壳体中形成有内部空间；
下壳体，该下壳体连接至所述上壳体的所述底面，并且所述下壳体遮蔽所述上壳体的所述内部空间；以及
振动板，该振动板包括下板和止挡件，并且所述振动板设置在所述上壳体和所述下壳体内，
其中，所述压电元件沿长度方向安装在所述下板的下中央表面上；
所述止挡件从所述下板的所述下中央表面的两侧向所述下壳体的方向延伸，并且比所述压电元件更突出，所述止挡件与所述下壳体间隔开；并且
所述振动板在所述止挡件和所述下壳体之间的间隔距离中被垂直地驱动；
振动板由具有与压电元件相同的热膨胀系数的殷钢制成。
2.根据权利要求1所述的压电振动模块，其中，所述振动板包括：所述下板；在所述下板的两侧的中间处垂直地向上竖立的一对上板；以及设置在所述一对上板之间的重量体，以增加所述压电元件的振动力。
3.根据权利要求1所述的压电振动模块，其中，所述下壳体和所述下板以所述下壳体和所述下板之间具有预定间隙的方式彼此分隔开。
4.根据权利要求1所述的压电振动模块，其中，所述止挡件由与所述下板相同的刚性材料制成。
5.根据权利要求1所述的压电振动模块，其中，在所述振动板和所述上壳体之间或者在所述振动板和所述下壳体之间还设置有一个或者多个橡胶减震件。
6.根据权利要求1所述的压电振动模块，其中，所述止挡件以关于矩形的所述下板的中心对称的方式设置在所述下板的边缘上。
7.根据权利要求1所述的压电振动模块，其中，所述止挡件设置在沿所述下板的长度方向彼此平行地设置的两个边缘中的一个边缘处。
8.根据权利要求1所述的压电振动模块，其中，所述止挡件设置为邻近所述下板的两端。
9.根据权利要求1所述的压电振动模块，其中，所述止挡件在所述下板的边缘的中间处垂直地向下延伸。
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