CN111629842B - 振动构造体和振动产生装置 - Google Patents

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Abstract

振动构造体(1)具备：因施加电压而在面方向进行变形的压电膜片(12)、连接于压电膜片(12)的框状部件(10)、经由支承部(13)支承于框状部件(10)并因压电膜片(12)进行变形而在面方向进行振动的振动部(14)、以及将压电膜片(12)与振动部(14)、框状部件(10)连接的连接部件(15)。连接部件(15)中的将振动部(14)与压电膜片(12)连接的第1连接部件(151)，配置于振动部(14)的重心与将框状部件(10)和压电膜片(12)连接的第2连接部件(152)之间。

Description

振动构造体和振动产生装置
技术领域
本发明涉及产生振动的振动构造体和振动产生装置。
背景技术
近年来，提出了使用压电元件等的电致伸缩体产生振动的振动产生装置。
例如，在日本特开2004－25009号公报(专利文献1)中公开了使用两个压电元件使压板摆动而产生振动的压板型的振动产生装置。
专利文献1：日本特开2004－25009号公报
但是，在产生伴随着摆动等旋转运动形成的振动、与振动面垂直的方向上的振动这种构造的情况下，容易产生振动声等噪声。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种抑制振动声产生的振动构造体和振动产生装置。
本发明的第1方面的振动构造体具备：膜片，其因施加电压而在面方向进行变形；框状部件，其连接于上述膜片；振动部，其在俯视时面积小于由上述框状部件包围的内侧的面积，并连接于上述膜片，振动部因上述膜片在上述面方向进行变形，而在上述面方向进行振动；支承部，其将上述振动部与上述框状部件连接，并支承上述振动部；第1连接部件，其将上述膜片与上述振动部连接；以及第2连接部件，其将上述膜片与上述框状部件连接，在俯视上述振动部时，上述第1连接部件设置于上述振动部的重心与上述第2连接部件之间。
本发明的第2方面的振动构造体具备：膜片，其因施加电压而在面方向进行变形；框状部件，其连接于上述膜片；振动部，在俯视时，其面积小于被上述框状部件包围的内侧的面积，该振动部呈框状的形状，且连接于上述膜片，且该振动部因上述膜片在上述面方向进行变形，而在上述面方向进行振动；支承部，其将上述振动部与上述框状部件连接，并支承上述振动部；第1连接部件，其将上述膜片与上述振动部连接；以及第2连接部件，其将上述膜片与上述框状部件连接。
本发明的振动产生装置具备：上述本发明的第1方面或者第2方面的振动构造体、供上述振动构造体配置的壳体、以及确保上述振动构造体与上述壳体之间的空间的隔离部件。
形成这样的振动构造体和振动产生装置，由此能够抑制振动声的产生。
附图说明
图1的(A)是振动构造体1的立体图，图1的(B)是图1的(A)的A－A剖视图。
图2是振动构造体1的俯视图。
图3的(A)是隔着振动部的重心而在与第2连接部相反一侧配置第1连接部的情况下的剖视图。图3的(B)是在压电膜片从图3的(A)的状态形成了收缩时施加于振动部的力的分解图。图3的(C)是在压电膜片从图3的(B)的状态进一步形成了收缩时施加于振动部的力的分解图。
图4的(A)是第1连接部件配置于振动部的重心与第2连接部件之间的情况下的振动构造体的剖视图。图4的(B)是在压电膜片从图4的(A)的状态形成了收缩的情况下施加于振动部的力的分解图。
图5是将图3的(C)的振动部的位移与图4的(B)的振动部的位移进行了比较的图。
图6的(A)是振动构造体2的立体图，图6的(B)是图6的(A)的B－B剖视图。
图7的(A)是振动构造体3的立体图，图7的(B)是图7的(A)的C－C剖视图。
图8的(A)是振动构造体4的立体图，图8的(B)是图8的(A)的D－D剖视图。
具体实施方式
图1的(A)表示本发明的第1实施方式的振动构造体1的立体图。图1的(B)表示图1的(A)的振动构造体1的A－A剖视图。
本实施方式的振动构造体1具备：框状部件10、压电膜片12、支承部13、振动部14、以及具有第1连接部件151和第2连接部件152的连接部件15。
框状部件10的俯视时的形状呈长方形，并具有被框状部件10包围的内侧的区域。在被框状部件10包围的区域内配置有支承部13与振动部14。被框状部件10包围的区域，因支承部13与振动部14，而形成配置于框状部件10长边方向两端的两个第1开口11A和配置于短边方向两端的两个第2开口11B。第1开口11A呈长方形，并成为沿着框状部件10的短边方向较长的形状。第2开口11B呈长方形，并成为沿着框状部件10的长边方向较长的形状。第2开口11B的长边方向的两端朝向框状部件10的中心轴线(图中的A－A线)延伸。
振动部14在俯视时呈长方形，并配置于被框状部件10包围的区域内。振动部14的面积小于被框状部件10包围的区域的面积。
支承部13将振动部14与框状部件10连接，振动部14被框状部件10支承。在该例中，支承部13呈沿着与压电膜片12伸缩的方向正交的方向即框状部件10的短边方向较长的长方形，并在振动部14的长边方向的两端部保持该振动部14。
在该例中，框状部件10、振动部14以及支承部13由同一部件(例如，丙烯酸树脂、PET、聚碳酸酯纤维(PC)、环氧玻璃、FRP、金属或者玻璃等)形成。换句话说，框状部件10、振动部14以及支承部13通过沿着第1开口11A和第2开口11B的形状对一张长方形的板部件进行冲裁加工而形成。框状部件10、振动部14以及支承部13也可以是分别独立部件，但通过由同一部件形成，则能够容易制造。或者，由同一部件形成，由此振动部14的支承不需要使用橡胶等其他部件(存在潜变劣化的部件)，从而能够长期稳定地保持振动部14。另外，在同一部件并且进行冲裁加工的情况下，多个支承部13的固有振动周期完全相同，因此能够减少使振动部14形成了振动时的振动部14的振动偏差。但是，在本发明中，这些部件无需由同一部件形成。例如，在多个支承部13分别使用不同的部件的情况下，能够调整振动部14的动作。例如，若支承部13使用橡胶等弹性模量较高的材料，则能够减小施加于压电膜片12的电压的大小。
压电膜片12连接于框状部件10和振动部14。压电膜片12是若被施加电压则在面方向进行变形的膜片。在俯视时，压电膜片12呈沿着框状部件10长边方向较长的长方形。压电膜片12例如由聚偏氟乙烯(PVDF)构成。除此之外，压电膜片12也可以是由手性高分子构成的方式。手性高分子例如使用L型聚乳酸(PLLA)或者D型聚乳酸(PDLA)等。
在压电膜片12使用PVDF的情况下，由于PVDF具有耐水性，因此不论使具备该例中的振动部件的电子设备置于怎样的湿度环境下，均能够进行相同的振动。
另外，在压电膜片12使用PLLA的情况下，由于PLLA为透过性较高的材料，因此只要附加于PLLA的电极和振动部14为透明的材料，则能够肉眼观察设备的内部状况，因此容易进行制造。另外，PLLA没有热电性，因此不论置于怎样的温度环境下，均能够进行相同的振动。
压电膜片12在假设由PLLA构成的情况下，使各外周边相对于延伸方向成为大致45°地进行裁断，由此具有压电性。
压电膜片12的长边方向的第1端连接于框状部件10的长边方向的第1端。压电膜片12的第2端连接于比振动部14的重心靠第1端侧处。
压电膜片12连接于比振动部14的重心靠第1端侧处，由此能够抑制振动部14在振动时绕重心旋转。
压电膜片12经由连接部件15连接于框状部件10和振动部14。在俯视时呈沿着框状部件10短边方向较长的长方形的连接部件15具有一定程度的厚度，而且连接部件15在使压电膜片12与振动部14不接触地使两者分离一定程度的位置，使压电膜片12与振动部14连接。由此，设置于压电膜片12两主面的未图示的电极不与振动部14接触，因此即使压电膜片12伸缩而使振动部14振动，也不存在电极被刮削的情况。此外，在框状部件10、支承部13以及振动部14为导电性部件的情况下，优选在连接部件15与框状部件10、支承部13、振动部14之间配置绝缘性部件或者涂膜。在该情况下，能够在框状部件10、支承部13以及振动部14与压电膜片12的电极之间防止电气短路。
连接部件15例如由金属、PET、聚碳酸酯纤维(PC)、聚酰亚胺或者ABS树脂等构成。连接部件15具有利用粘合剂等连接压电膜片12与振动部14的第1连接部件151和利用粘合剂等连接压电膜片12与框状部件10的第2连接部件152。此外，经由粘合剂等将连接部件15与各种结构连接不是必须的。例如，连接部件15本身也可以是粘合剂或者双面胶带。在该情况下，无需另外准备粘合剂等。
压电膜片12在被施加了一定程度的张力的状态下经由连接部件15连接于框状部件10和振动部14。但是，在对压电膜片12施加了张力的状态下进行连接不是必须的。压电膜片12也可以是在形成了收缩的情况下被施加了张力地得到连接。
压电膜片12若被施加电压则在面方向进行变形。具体而言，压电膜片12若被施加电压则在长边方向进行伸缩。压电膜片12在长边方向进行伸缩，由此振动部14在长边方向进行振动。
压电膜片12在两主面形成有平面电极。各电极与未图示的驱动电路连接。驱动电路通过对平面电极施加电压，而使压电膜片12进行伸缩。例如，在驱动电路向压电膜片12施加负的电压，而使压电膜片12收缩的情况下，如图2所示，振动部14向长边方向(图2中的右方向)位移。
另外，若驱动电路向压电膜片12施加正的电压，则压电膜片12伸长。但是，即使压电膜片12伸长，仅凭借压电膜片12挠曲，也难以使振动部14位移。因此，驱动电路主要向压电膜片12施加负的电压，使压电膜片12进行伸缩，由此使振动部14进行振动。此外，当在被施加了张力的状态下连接压电膜片12的情况下，在膜片伸长时，因初期的张力而挠曲的支承部13欲返回原位，从而振动部14位移。
以上那样的电压的施加反复进行。换句话说，驱动电路施加交流电压。驱动波形也可以是矩形波、三角波、梯形波等任意的波形。例如，若施加正弦波，则能够减少不必要的振动，从而减少因该不必要的振动而产生的声音。
接下来，对振动部14的旋转进行说明。以下，对振动部14具有有限的厚度，并经由第1连接部件151连接于压电膜片12的构造进行说明。
图3的(A)是压电膜片12在振动部14水平的状态(非驱动状态)下收缩的情况的剖视图。
图3的(B)是表示在压电膜片12在图3的(A)中形成了收缩时施加于振动部14的力16的图，另外，在图3的(B)中，示出了将该力16分解为与绕振动部14的重心旋转有关的成分17和与旋转无关的成分18。
根据图3的(B)可知，振动部14具有有限的厚度，因此产生绕振动部14的重心旋转的成分17。
图3的(C)示出了压电膜片12从图3的(B)的状态开始进一步收缩的情况下的施加于振动部的力。
可知的是，若压电膜片12从图3的(B)的状态开始收缩，则振动部14进一步旋转的方向的成分17增加。
产生绕该振动部14的重心旋转的成分17，由此振动板在振动构造体1驱动时绕重心开始旋转。换句话说，产生伴随着旋转的水平方向的振动。
另外，绕重心旋转的成分17增加，由此表示振动部14的旋转增大的动作。
图4的(A)是压电膜片12连接于比振动部14的重心靠第1端侧的情况下的图。图4的(B)中示出了图4的(A)的压电膜片12收缩时。
与图3的(B)相同，图4的(B)是表示在振动部14在压电膜片12的伸缩中倾斜时，在压电膜片12形成了收缩时施加于振动部14的力16的图，另外，在图4的(B)中，示出了将该力分解为与绕振动部14的重心旋转有关的成分17和与旋转无关的成分18。
如图4的(B)那样，若压电膜片12在振动部14倾斜时收缩，则产生向使振动部14的倾斜变成水平的方向旋转的成分17。因此，能够抑制振动部14在倾斜时旋转。
图5是表示振动部14的位移的图。图5中的由黑圆点绘制曲线的图表，表示图3的(C)的压电膜片12连接于比振动部14的重心靠第2端侧的情况下的振动部14的位移，图5中的由黑方块绘制曲线的图表，表示在图4的(B)中压电膜片12连接于比振动部14的重心靠第1端侧的情况下的振动部14的位移。
如根据各自的振动部14的位移量明确的那样，可知压电膜片12连接于比振动部14的重心靠第1端侧的情况下的振动部14的位移变小。换句话说，通过压电膜片12连接于比振动部14的重心靠第1端侧处，则能够抑制振动部14的旋转，从而抑制在振动构造体1上产生的声音。即，针对以重心为支点的振动部14的旋转，产生压电膜片12收缩带来的复原力，因此，能够抑制垂直方向上或者伴随着旋转的振动的产生，从而减少噪声的产生。
在图3的(C)与图4的(B)中，为了使理解变得容易，示出了振动部14的第1端侧的端部向与配置第1连接部件151这侧相反一侧位移的情况，但与其反向位移的情况也同样抑制振动部14的旋转。
另外，在图3的(C)与图4的(B)中，为了使理解变得容易，振动部14的位移表示得大于实际的位移。实际的振动部14的位移更小。
图6的(A)表示本发明第2实施方式的振动构造体2的立体图。图6的(B)中表示图6的(A)的振动构造体1的B－B剖视图。
图6的(A)示出了振动构造体2经由隔离物26安装于壳体27中的一个面的构造。
隔离物26沿着长方形的框状部件20的长边进行安装。隔离物26具有与振动部24同等程度或大于振动部24的厚度，并呈立方体的形状。
隔离物26确保振动构造体2与壳体27之间的空间。在因振动构造体2的振动部24旋转而在振动构造体2与壳体27之间的空气层产生疏密时，通过隔离物26设置恒定的开口，由此制作空气的逃逸路径，从而抑制声音的产生。
隔离物26不限定于图6的(A)所示的形状。也可以设置于框状部件20的短边侧。隔离物26可以不是立方体，也可以采取椭圆体、球状的形状。
对于以上的振动构造体2而言，振动部24在框状部件20的开口21内在面方向进行振动。因此，如图4的(B)所示，作为振动构造体2的整体的厚度大致是压电膜片22的厚度、连接部件252的厚度、振动部24板的厚度之和，非常薄。另外，压电膜片22具有弹性，从而具有抗冲击性。另外，在框状部件20、振动部24以及支承部23由作为同一部件的一张长方形的板部件构成的情况下，振动部24的支承不需要使用橡胶等其他部件(存在潜变劣化的部件)。因此，采用振动构造体2的构造，能够长期稳定地进行振动。
此外，振动部24的形状不限定于图4的(A)所示的形状。例如，框状部件20不需要在俯视时呈包围整周的环状，也可以是局部开口的构造。另外，框状部件20和振动部24不需要是在俯视时呈长方形。框状部件20和振动部24也可以呈多边形形状、圆形状或者椭圆形状等。
图7的(A)表示本发明的第3实施方式的振动构造体3的立体图。图7的(B)中表示图7的(A)的振动构造体3的C－C剖视图。
在图7的(A)的振动构造体3中，压电膜片32经由第1连接部件351连接于振动部34的配置第1连接部件351的第1端侧面，另外，经由第2连接部件352连接于框状部件30的与振动部34的第1端侧面对置的侧面。
如观察图7的(B)明确的那样，压电膜片32连接于与振动部34的经过振动部34重心的主面平行的平面上附近。因此，在压电膜片32收缩时，不易形成产生绕振动部34重心旋转的力的成分。据此，能够进一步抑制在振动构造体3上产生的声音。
另外，压电膜片32没有在框状部件30的主面上经由第1、第2连接部件351、352而连接于振动部34，因此不增加振动构造体3的整体的厚度。
压电膜片32也可以没有经由第1、第2连接部件351、352就连接于振动部34和框状部件30。例如，振动部34和框状部件30也可以采取构成为将较薄的板状的部件贴合而形成的构造，并在其之间夹持压电膜片32的形状。在该情况下，能够更加在与通过振动部34的重心的振动部34的主面平行的平面附近配置压电膜片32。
图8的(A)表示本发明的第4实施方式的振动构造体4的立体图。图8的(B)中表示图8的(A)的振动构造体4的D－D剖视图。
振动构造体4具备：框状部件40、开口41、压电膜片42、支承部43、振动部44、连接部件452以及振动部开口49。
振动部44具有振动部开口49，从而振动部44的形状成为框状。
压电膜片42连接于框状部件40和振动部44。压电膜片42的长边方向的第1端连接于框状部件40的长边方向的第1端。压电膜片42的第2端连接于振动部44的长边方向的第2端。
就该结构的振动构造体4的绕振动部44重心的惯性力矩而言，与振动部44由相同的重量且均匀的单板构成的情况相比有所增大。因此，即便在伴随着压电膜片42的收缩而施加了绕振动部44重心旋转的力的情况下，惯性力矩也增大，因此角加速度变小，从而振动部44的位移变小。
其结果，能够抑制在振动构造体4上产生的声音。
另外，在该结构中，与振动部44由具有相同程度的旋转难度的均匀的单板构成的情况相比，能够更加轻型地实现振动构造体4。
振动部44的开口部不局限于该形状，只要与均匀的单板状相比呈惯性力矩增大的形状即可。也可以是，振动部开口49以多个开口的形式设置于振动部44。优选在包含重心的位置具有开口的构造，但不限定于此。另外，也可以是，振动部44在远离重心的位置配置重物的结构。在该情况下，能够获得与振动构造体4相同的效果。另外，振动部44即便为单板，其密度、材质也可以成为不均匀。
另外，与第1实施方式相同，也可以是，压电膜片42的长边方向的第1端连接于框状部件40的长边方向的第1端，压电膜片42的第2端连接于比振动部44的重心靠长边方向的第1端侧处。在该情况下，成为更加不易旋转的构造，从而能够更加抑制声音的产生。
以上说明的本发明的第1实施方式～第4实施方式的特征结构只要不脱离本发明的主旨，则能够相互组合。
本次公开的上述实施方式在全部的点为例示，并非进行限制。本发明的技术范围由权利要求书划定，另外，包含与权利要求的记载等同的含义及范围内的全部的变更。
附图标记的说明
1…振动构造体；10…框状部件；11…开口；12…压电膜片；13…支承部；14…振动部；15…连接部件；151…第1连接部件；152…第2连接部件；16…施加于振动部14的力；17…与绕振动部14重心的旋转有关的成分；18…与旋转无关的成分；26…隔离物；27…壳体；49…振动部开口。

Claims (6)

1.一种振动构造体，其特征在于，具备：
膜片，其因施加电压而在面方向进行变形；
框状部件，其连接于所述膜片；
振动部，在俯视时，其面积小于被所述框状部件包围的内侧的面积，该振动部连接于所述膜片，因所述膜片在所述面方向进行变形，而在所述面方向进行振动；
支承部，其将所述振动部与所述框状部件连接，并支承所述振动部；
第1连接部件，其将所述膜片与所述振动部连接；以及
第2连接部件，其将所述膜片与所述框状部件连接，
在俯视所述振动部时，所述第1连接部件设置于所述振动部的重心与所述第2连接部件之间。
2.一种振动构造体，其特征在于，具备：
膜片，其因施加电压而在面方向进行变形；
框状部件，其连接于所述膜片；
振动部，在俯视时，其面积小于被所述框状部件包围的内侧的面积，该振动部呈框状的形状，且连接于所述膜片，且该振动部因所述膜片在所述面方向进行变形，而在所述面方向进行振动；
支承部，其将所述振动部与所述框状部件连接，并支承所述振动部；
第1连接部件，其将所述膜片与所述振动部连接；以及
第2连接部件，其将所述膜片与所述框状部件连接。
3.根据权利要求1或2所述的振动构造体，其特征在于，
所述第2连接部件配置于所述振动部的侧面，
所述第1连接部件配置于所述框状部件的与配置所述第2连接部件的侧面对置的侧面，
所述膜片配置于所述第1连接部件和所述第2连接部件之间。
4.根据权利要求1或2所述的振动构造体，其特征在于，
所述框状部件、所述振动部以及所述支承部由同一部件形成。
5.根据权利要求3所述的振动构造体，其特征在于，
所述框状部件、所述振动部以及所述支承部由同一部件形成。
6.一种振动产生装置，其特征在于，具备：
权利要求1～5中任一项所述的振动构造体、
供所述振动构造体配置的壳体、以及
确保所述振动构造体与所述壳体之间的空间的隔离部件。
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