CN111032238B - 振动组件 - Google Patents

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Abstract

振动组件(10)中，控制部(60)的传感器电路(61)的第一极(62)与第一压电元件(32A)的第一外部电极(38a)电连接，第二极(63)与第一压电元件(32A)的第二外部电极(38b)电连接，驱动电路(64)的第一极(65)与第二压电元件(32B)的第一外部电极(38a)电连接，第二极(66)与第二压电元件(32B)的第二外部电极(38b)与电连接。对传感器电路(61)仅施加伴随由于第一压电元件(32A)的挠曲而产生的电动势的较小的电压。另外，对驱动电路(64)仅施加对第二压电元件(32B)施加的较大的驱动电压。因此，控制部(60)中不需要额外设置开关电路等，可由简单的控制电路构成控制部(60)。

Description

振动组件
技术领域
本公开涉及振动组件。
背景技术
目前，已知使压电元件反复伸缩并将该伸缩转换成振动的技术。下述引用文献1中公开有一种振动组件，其具备检测利用手指按下叠加层时的压力，并且使叠加层产生可触知的振动的片状的压电元件。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2015-527724号公报
专利文献2：欧洲专利申请公开第3018825号说明书
发明内容
发明所要解决的课题
上述的现有技术的振动组件中，为了实现上述的功能，需要检测由于压电元件的挠曲产生的电动势的传感器电路和相对于压电元件施加预定的驱动电压的驱动电路。
但是，与传感器电路中的电动势的电压值(例如数伏特)相比，驱动电路中施加的驱动电压的电压值(例如数十～数百伏特)较大，需要避免驱动电路的高电压的电流流入至传感器电路的情况。为此，如图8所示，需要额外设置切换传感器电路和驱动电路的开关电路，或额外设置另一保护电路，在该情况下，可引起控制振动组件的控制电路复杂化。
本公开的目的在于，提供实现控制电路的简化的振动组件。
用于解决课题的方案
本公开的一个方式提供一种振动组件，其具备：振动器件，其具有片状的第一压电元件、相对于该第一压电元件平行地延伸的片状的第二压电元件、在一主面配置第一压电元件并且在另一主面配置第二压电元件的振动板；控制部，其具有检测第一压电元件中产生的电动势的传感器电路、在该传感器电路中检测到电动势时对第二压电元件施加驱动电压的驱动电路，第一压电元件和第二压电元件各自具有在振动板的厚度方向上由第一外部电极和第二外部电极夹持压电体的结构，传感器电路的第一极与第一压电元件的第一外部电极电连接，第二极与第一压电元件的第二外部电极电连接，驱动电路的第一极与第二压电元件的第一外部电极电连接，第二极与第二压电元件的第二外部电极电连接。
所述振动组件中，对传感器电路仅施加伴随由于第一压电元件的挠曲产生的电动势的较小的电压，对驱动电路仅施加对第二压电元件施加的较大的驱动电压。因此，控制振动组件的控制部中不需要额外设置开关电路等，能够利用简单的控制电路构成控制部。
另一方式的振动组件中，振动板由具有导电性的材料构成，位于振动板侧的第一压电元件的第二外部电极和第二压电元件的第二外部电极与振动板电连接，传感器电路的第二极和驱动电路的第二极连接于振动板。在该情况下，关于传感器电路的第二极和驱动电路的第二极的连接部位，设计自由度提高。
另一方式的振动组件中，还具备：板状的第一壳体部，其相对于振动板平行地延伸；板状的第二壳体部，其相对于该第一壳体部平行地延伸，振动器件配置于第一壳体部的第二壳体部侧，并且由第二壳体部支承，第一压电元件的第一外部电极与第一壳体部的第二壳体部侧的主面相接触。在该情况下，在利用第一压电元件和传感器电路检测到相对于第一壳体部的接触时，能够利用驱动电路使第二压电元件伸缩并使振动板产生振动。
另一方式的振动组件中，从振动板的厚度方向观察，第二压电元件的外形比第一压电元件的外形大。在该情况下，相比于第二压电元件的外形与第一压电元件的外形相等的情况，由驱动电路施加驱动电压时的第二压电元件的伸缩量变大，能够进一步提高伴随第二压电元件的伸缩的振动板的振动的振幅。
发明效果
根据本公开，可提供实现控制电路的简化的振动组件。
附图说明
图1是表示实施方式的振动组件的背面的概略立体图。
图2是图1所示的振动组件的分解立体图。
图3是表示图1所示的振动组件的表面的概略立体图。
图4是图3的振动组件的IV-IV线剖视图。
图5是图3的振动组件的V-V线剖视图。
图6是表示振动器件的具体的结构及振动器件与控制部的电连接的图。
图7是图5的主要部分放大图。
图8是表示现有技术的振动组件的电路结构的图。
具体实施方式
以下，参照附图详细地说明本公开的实施方式。此外，对相同或等同的要素标注相同的符号，在说明重复的情况下省略其说明。
首先，参照图1～3说明实施方式的振动组件10的整体结构。
振动组件10具备板状的第一壳体部件(第一壳体部)20。第一壳体部件20在一主面20a利用例如人的手指等可接触的状态下构成。如图3所示，在第一壳体部件20的一主面20a设置有多个接触区域22。本实施方式中，在第一壳体部件20的主面20a上，正方形状的9个接触区域22配置成矩阵状。第一壳体部件20具有较低的为与接触区域22接触时产生充分的挠曲变形的程度的弹性系数。第一壳体部件20能够由例如聚碳酸酯等的树脂材料构成。
以下，为了便于说明，将第一壳体部件20的主面20a的接触区域22的排列方向中的一方称为X方向，将另一方称为Y方向，将第一壳体部件20的厚度方向称为Z方向。
振动组件10具备板状的第二壳体部件(第二壳体部)40。第二壳体部件40以预定距离与第一壳体部件20分隔开，并相对于第一壳体部件20平行地延伸。在第二壳体部件40开口有与第一壳体部件20的各接触区域22对应的区域，开口的部分成为贯通孔42。即，各贯通孔42与接触区域22一样，从Z方向观察呈现正方形状。第二壳体部件40能够由例如丙烯酸等的树脂材料构成。
如图4、5所示，在第一壳体部件20与第二壳体部件40之间，在第一壳体部件20的另一主面20b配置有多个振动器件36。本实施方式中，在与上述接触区域22及贯通孔42对应的位置配置有9个振动器件36。各振动器件36由一对压电元件32A、32B和振动板34构成。
振动板34为具有长边和短边的长方形的板状部件。振动板34由具有导电性的材料构成，例如能够由镍合金或不锈钢等构成。振动板34能够由单层或多层构成。如图2所示，多个振动板34以长边方向均朝向相同方向即X方向的方式配置。各振动板34如图4所示那样以其短边长度d1比贯通孔42的正方形的一边的长度L变短的方式设计，且如图5所示那样以其长边长度d2比贯通孔42的正方形的一边的长度L变长的方式设计。各振动板34仅在振动板34双方的短边部分与贯通孔42的缘部42a面对面。
一对压电元件32A、32B均为片状，且以夹持振动板34的方式配置。具体而言，一压电元件(以下，均称为第一压电元件。)32A配置于振动板34的一主面34a，另一压电元件(以下，均称为第二压电元件。)32B配置于振动板34的另一主面34b。一对压电元件32A、32均配置于振动板34的中央位置，即振动板34的长边方向及短边方向上的中间的位置。
如图6所示，各压电元件32A、32B具有在振动板34的厚度方向(Z方向)上由第一外部电极38a和第二外部电极38b夹持板状的压电体37的结构。压电体37能够设为压电体层的单层结构，也能够设为压电体层和内部电极层在Z方向上交替地层叠的多层结构。压电元件32A、32B的第二外部电极38b各自位于振动板34侧，经由导电层39与振动板34电气且物理性地连接。第一压电元件32A的第一外部电极38a的整个面与第一壳体部件20的第二壳体部件侧的主面20b直接相接触。
第一压电元件32A与包含于控制部60的传感器电路61电连接。具体而言，传感器电路61的第一极62与第一压电元件32A的第一外部电极38a电连接，传感器电路61的第二极63与振动板34连接，且经由振动板34与第一压电元件32A的第二外部电极38b电连接。第一压电元件32A中，随着压电体37中产生挠曲(弯曲)等的位移时的电动势而在一对外部电极38a、38b间产生电位差。控制部60的传感器电路61以能够检测由于上述的第一压电元件32A的电动势而产生于外部电极38a、38b间的电位差的方式构成。
第二压电元件32B与包含于控制部60的驱动电路64电连接。具体而言，驱动电路64的第一极65与第二压电元件32B的第一外部电极38a电连接，驱动电路64的第二极66与振动板34连接，且经由振动板34与第二压电元件32B的第二外部电极38b电连接。
第二压电元件32B在向一对外部电极38a、38b间施加预定的电压时沿着面方向(与X-Y面平行的方向)伸缩。控制部60的驱动电路64以如下方式构成，在传感器电路61中检测到上述电动势时，对第二压电元件32B的外部电极38a、38b间施加驱动电压，使第二压电元件32B伸缩。当第二压电元件32B沿着与X-Y平面平行的方向伸缩时，粘接于第二压电元件32B的振动板34向Z方向挠曲。本实施方式中，振动板34为长方形状，长边长度d2比短边长度d1长，因此，振动板34中产生长边比短边大幅弯曲那样的挠曲。
驱动电路64对第二压电元件32B的外部电极38a、38b间周期性地施加电压时，第二压电元件32B的压电体37中的与X-Y平面平行的方向的伸缩反复进行，随之，振动板34向Z方向反复挠曲，其结果，振动器件36中产生Z方向的振动。本实施方式中，振动板34为长方形状，长边长度d2比短边长度d1长，因此，产生在长边方向(X方向)上得到较大的振幅的振动。
此外，控制部60能够由包含CPU及各种电元件的电路构成。
另外，第一壳体部件20和第二壳体部件40以预定距离分隔开，并利用粘接部50粘接。粘接部50由例如双面胶带或紫外线固化型粘接剂等的粘接材料构成。粘接部50可形成于例如贯通孔42周围。粘接部50以不阻碍振动器件36的振动板34的振动的方式，与振动板34分隔开地形成。
接着，对上述的振动组件10的动作进行说明。
如图7所示，振动组件10的第一壳体部件20的任一接触区域22利用例如手指按下等而向第二壳体部件40侧挠曲时，相应于该挠曲，与第一壳体部件20的主面20b相接触的第一压电元件32A挠曲。由此，第一压电元件32A的压电体37中产生电动势，在一对外部电极38a、38b间产生电位差。控制部60的传感器电路61通过检测产生于第一压电元件32A的一对外部电极38a、38b间的电位差，而检测到接触了特定的接触区域22。
控制部60当传感器电路61检测到接触区域22的接触时，使用驱动电路64驱动与所接触的接触区域22对应的振动器件36。具体而言，从驱动电路64对振动器件36施加周期性的驱动电压(例如矩形波或三角波等的波形的驱动电压)。于是，如上述在振动器件36的振动板34中产生Z方向的振动，与随之振动的振动器件36对应的第一壳体部件20的接触区域22也向Z方向振动。即，仅产生了挠曲的接触区域22选择性地振动。此时，接触区域22中产生利用手指等可触知的程度的振动。
此外，控制部60也可以以第一压电元件32A和传感器电路61检测驱动电路64驱动第二压电元件32B时的振动板34的振动。在该情况下，控制部60在驱动电路64驱动第二压电元件32B时，能够确认(自检)振动板34实际上是否在振动。通过这种自检，能够检测驱动电路64及第二压电元件32B的故障及动作不良。
第一壳体部件20可以具有较低的弹性系数(模数)的方式设计，使接触区域22中产生充分的挠曲量，且使振动器件36的振动高效地传播。另一方面，第二壳体部件40为了支承振动器件36，可以具有较高的弹性系数的方式设计。本实施方式中，以第一壳体部件20的弹性系数比第二壳体部件40的弹性系数低的方式设计。
如上述，振动组件10中，第一压电元件32A及第二压电元件32B各自具有在Z方向上由第一外部电极38a和第二外部电极38b夹持压电体37的结构，控制部60的传感器电路61的第一极62与第一压电元件32A的第一外部电极38a电连接，第二极63经由振动板34与第一压电元件32A的第二外部电极38b电连接，驱动电路64的第一极65与第二压电元件32B的第一外部电极38a电连接，第二极66经由振动板34与第二压电元件32B的第二外部电极38b电连接。
因此，振动组件10中，对传感器电路61仅施加伴随由于第一压电元件32A的挠曲而产生的电动势的较小的电压。另外，对驱动电路64仅施加对第二压电元件32B施加的较大的驱动电压。因此，不需要在控制振动组件10的控制部60额外设置开关电路等，能够由简单的控制电路构成控制部60。
传感器电路61的第二极63及驱动电路64的第二极66也可以连接于第一压电元件32A的第二外部电极38b及第二压电元件32B的第二外部电极38b。但是，如图6所示，在第二外部电极38b的露出面积较小的情况下，有时且连接困难。在该情况下，考虑将可确保较大的露出面积的振动板34用作连接部位。即，由具有导电性的材料构成振动板34，并且通过实现振动板34与第二外部电极38b的导通，能够将振动板34用作与第二极63、66的连接部位，在该情况下，连接部位的设计自由度提高。
此外，振动组件10能够以如下方式设计，从Z方向观察，第二压电元件32B的外形比第一压电元件32A的外形大。在该情况下，相比于第二压电元件32B的外形与第一压电元件32A的外形相等的情况，由驱动电路64施加驱动电压时的第二压电元件32B的伸缩量变大。在该情况下，能够进一步提高伴随第二压电元件32B的伸缩的振动板34的振动的振幅。
以上，对本公开的一个实施方式进行了说明，但本公开不限定于上述实施方式，也可以在不变更各权利要求所记载的宗旨的范围内进行变形或其它应用。
上述的实施方式中，表示第一壳体部件和第二壳体部件以分体构成的方式，但也可以是第一壳体部件和第二壳体部件一体地构成的方式。
另外，设置于第二壳体部件的贯通孔如果是确保允许振动板的挠曲的空间的结构，则也可以是向离开振动板的一侧凹下的凹陷部。
符号说明
10 振动组件
20 第一壳体部件
32A 第一压电元件
32B 第二压电元件
37 压电体
38a 第一外部电极
38b 第二外部电极
34 振动板
36 振动器件
40 第二壳体部件
60 控制部
61 传感器电路
64 驱动电路。

Claims (4)

1.一种振动组件，其具备：
振动器件，其具有片状的第一压电元件、与该第一压电元件平行地延伸的片状的第二压电元件、在一主面配置所述第一压电元件并且在另一主面配置所述第二压电元件的振动板；和
控制部，其具有检测所述第一压电元件中产生的电动势的传感器电路，和在该传感器电路中检测到所述电动势时对所述第二压电元件施加驱动电压的驱动电路，
所述第一压电元件和所述第二压电元件各自具有在所述振动板的厚度方向上由第一外部电极和第二外部电极夹着压电体的结构，
所述传感器电路的第一极与所述第一压电元件的所述第一外部电极电连接，第二极与所述第一压电元件的所述第二外部电极电连接，
所述驱动电路的第一极与所述第二压电元件的所述第一外部电极电连接，第二极与所述第二压电元件的所述第二外部电极电连接。
2.根据权利要求1所述的振动组件，其中，
所述振动板由具有导电性的材料构成，
位于所述振动板侧的所述第一压电元件的所述第二外部电极和所述第二压电元件的所述第二外部电极与所述振动板电连接，
所述传感器电路的所述第二极和所述驱动电路的所述第二极连接于所述振动板。
3.根据权利要求1或2所述的振动组件，其中，
还包括：板状的第一壳体部，其与所述振动板平行地延伸；板状的第二壳体部，其与该第一壳体部平行地延伸，
所述振动器件配置于所述第一壳体部的第二壳体部侧，并且由所述第二壳体部支承，
所述第一压电元件的所述第一外部电极与所述第一壳体部的所述第二壳体部侧的主面相接触。
4.根据权利要求3所述的振动组件，其中，
从所述振动板的厚度方向观察，所述第二压电元件的外形比所述第一压电元件的外形大。
CN201880052139.7A 2017-09-25 2018-09-13 振动组件 Active CN111032238B (zh)

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