JP2005160028A - 撓み振動型エキサイタ - Google Patents

Abstract

【課題】落下時などに発生する過大な衝撃力によって破壊することのない撓み振動型エキサイタを提供する。
【解決手段】本発明の撓み振動型エキサイタは、板状体の上に圧電体層および電極層の積層構造が形成されたビーム( b1,b2 ) と、このビームを保持する保持機構と、前記ビームの電極層に励振電力を供給する給電端子( t1,t2 ) とを備え、このビームに撓み振動を励振する。この保持機構は、ビームを収容すると共にこのビームの一端部分または中央部分を保持する保持部を備えた箱体( c ) から成る。この箱体のビームに対向する内面は、このビームに過大な撓み振動が発生した時にこのビームの表面とその長手方向の複数の箇所で点、線または面接触可能な滑らかな曲面や階段形状の面などの形状を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯用の電話機などの小型端末機器などに利用される撓み振動型エキサイタに関するものである。

従来、バイモルフ型やモノモルフ型などの撓み振動型エキサイタが開発されてきた。例えば、シムと称される金属板の片面に圧電体層を形成したビームの中央部分を保持体に接着固定し、この圧電体層の厚み方向に交流の信号電圧を印加することによってその長手方向への伸縮を行わせ、これによってビームに撓み振動を励振するモノモルフ形式の撓み振動型エキサイタが知られている。圧電体層を金属体の表裏両面に形成したバイモルフ型の撓み振動型エキサイタも知られている。

本出願人の先願に係わる特願２００３−３００９９２号（特許文献１）には、金属板の表裏両面に圧電体層と電極層との積層構造を複数段にわたって形成したビームをヘアピン状の弾性保持部材で保持する構造のバイモルフ型撓み振動型エキサイタが開示されている。この撓み振動型エキサイタでは、同極性の上下の電極層を圧電体層の端面に沿って延長した電極層で接続する構成を採用することにより、複数の電極層と信号入力端子との間の配線機構を簡単化し、製造費用の低廉化と、構造の簡単化による信頼性の向上を図るという技術思想が開示されている。

特願２００３−３００９９２号公報（図７−図８）

携帯電話機などの小型携帯機器については、利用者がこれを誤って落すことも往々にして起こるので、このような場合にも破壊されないように十分な強度を持たせておく必要がある。例えば、この撓み振動型エキサイタをスピーカとして携帯電話機に組み込むものとすれば、この携帯電話機を1.5 メートルほどの高さからコンクリートの床面上に自由落下させた場合でも破壊されない程度の強度を、この撓み振動型エキサイタにもたせておく必要がある。

落下の衝撃によって過大な振幅の撓み振動がビームに発生する。上記モノモルフ型やバイモルフ型の撓み振動型エキサイタでは、圧電体層が脆いセラミックから構成されていることや、ビームが細長い形状を呈していることなどのため、破壊が生じやすくなるという問題がある。従って、本発明の一つの目的は、外部から加えられる衝撃力によって破壊されにくい構造の撓み振動型エキサイタを提供することにある。

上記特許文献１に開示された多段積層構造のバイモルフ型エキサイタでは、上下の同極性の電極層を接続するために圧電体層の端面に沿って延長された電極層に不要な延長部分であるダレが形成されてシムと接触し、短絡事故が起こすおそれがある。この短絡事故を防ぐには、シムの素材を樹脂などに変更することが必要になり、素材選択の自由度が狭められる。従って、本発明の他の目的は、金属製のシムを使用した場合でも電極層間の短絡事故の発生しにくい構造の多段積層型の撓み振動型エキサイタを提供することある。

上記従来技術の課題を解決する本発明の撓み振動型エキサイタは、金属板などの板状体の上に圧電体層および電極層の積層構造が形成されたビームと、このビームを保持する保持機構と、このビームの電極層に励振電力を供給する信号入力端子とを備え、このビームに撓み振動を励振するように構成されている。そして、上記ビームの保持機構は、このビームを収容すると共にこのビームの一端部分または中央部分を保持する保持部を備えたケースから構成されている。さらに、このケースのビームに対向する内面はこのビームに過大な撓み振動が発生した時にこのビームの表面とその長手方向の複数の箇所において点、線または面接触可能な形状を有している。

本発明の撓み振動型エキサイタでは、第１に、ビーム全体がケースに収容されるので、外部から加えられた衝撃力でビームに生じた過大な変形によってその先端部分などの一部が他の隣接部品などに直接衝突して破損する事態が回避される。第２に、外部から加えられた衝撃力で生じるビームの過大な撓み振動による変形量は、ビームの表面がケースの内面に接触することよって制限される。このビームの表面とケースの内面との接触箇所はビームの長手方向にわたって複数散在されているため、接触時の衝撃力が多数の接触箇所に分散され、一つの接触箇所に集中した場合に生じやすくなる破壊が有効に回避される。

本発明の一つの好適な実施の形態によれば、箱体のビームに対向する内面は滑らかな湾曲面、階段形状の面またはこれらの面に対しビームの長手方向もしくは幅方向の一方または双方に沿って延長される複数の溝が離散的に形成された面から成っている。

本発明の他の好適な実施の形態によれば、ケースの保持部とビームに対向するケースの内面との間に、この保持部の端部を定めるほぼ100 ミクロン以下の段差が形成されることにより、適正な振幅による通常動作時にはこのケースの接触面とビーム表面との接触が回避され、音質の低下が回避される。

本発明の他の好適な実施の形態によれば、ビームを構成する圧電体層および電極層の積層構造は高さ方向に複数形成され、いくつかの電極層は圧電体層の端面において互いに連結されることにより、外部電極端子と複数の電極層との間の配線が簡単化され、製造コストの低廉化と構造の簡単化による信頼性の向上が実現される。

本発明のさらに他の好適な実施の形態によれば、ビームの保持部側の一端部分や中央部分に板状体の幅よりも小さな幅の切り欠きや小さな直径の開口が形成され、この箇所において上記いくつかの電極層が互いに連結されることにより、金属製のシムを使用した場合にも圧電体層の端面上に延長される金属層のダレによる短絡事故が有効に回避されるように構成されている。また、切り欠きの幅や開口の径がシムの幅よりも小さくなっているので、切り欠きや開口の上方にオーバーハング状に突出される圧電体層の幅は全体の幅の一部に限定され、このため、このオーバーハング部分が振動によって破壊されるおそれがなくなる。

図１は、本発明の一実施例の撓み振動型エキサイタの構成を示す断面図であり、ｃはケース、ｂ１，ｂ２はビーム、ｔ１信号入力端子、ｔ２は接地端子、ｆは接着剤層である。ケースｃは、電気絶縁性の樹脂を素材とするとともに、その外形は直方体の形状を呈している。このケースｃの内部には、２本の矩形板状のビームｂ１，ｂ２がそれぞれの全長にわたって収容されている。この撓み振動型エキサイタは、スピーカとして携帯電話機などに組み込まれる。

各ビームは、それぞれの一端部分がケースｃに保持されると共に他方の端子が自由端となる片持ち梁を構成している。すなわち、ケースｃの一方の側（この実施例では図中の左側）に、ビームｂ１，ｂ２を保持する保持部が形成されている。ビームｂ１，ｂ２に対向するケースｃの内壁面と、各ビームの一端部分との間に、接着剤層ｆが形成されることにより、ビームｂ１，ｂ２がケースｃの内部に保持される。

図２は、図１の左端部分のみを拡大して示す図１の部分拡大断面図である。図２を参照すると、ビームｂ１，ｂ２は、シムと称される矩形状の金属板ｓと、その表裏両面に形成された圧電体および電極層の積層構造Ｐとから構成されている。信号端子ｔ１を構成するつる巻きバネの先端部が、電気絶縁性の樹脂を素材とするケースｃと接着剤層ｆとを貫通して積層構造Ｐの最上部に形成された正の金属電極層に接触せしめられている。また、シムｓの左端は、樹脂製のケースｃの左端から外部に突出することにより接地端子ｔ２を形成している。

再び図１を参照すると、ケースｃの保持部とビームの自由端側との間のビームに対向する内壁面には、ビームの自由端側に向けて間隔が徐々に拡大せしめられる滑らかな曲面が形成されている。この曲面は、外部から加えられた大きな衝撃力によって、各ビームに過大な振幅の撓み振動が発生した時に、ビームの表裏両面と長手方向の複数の箇所で接触できるような形状に設定されている。このような大きな衝撃力は、この撓み振動型エキサイタ自体や、この撓み振動型エキサイタを組み込んだ携帯電話機などの端末装置が床面などに落下せしめられた際などに発生する。

各ビームの撓みによる変形量は、圧電体の積層構造に電気信号が供給されることによって行われる通常の撓み振動に伴う変位量よりは、むしろ、一端固定の片持ち梁に自重による等分布荷重が加えられた際に発生する固有振動に伴う変位量に近いものとなる。ただし、この場合、衝撃力の大きさに応じて、自重、あるいは重力の加速度が何倍、何十倍もの大きな値に設定される。このケースｃの内壁面の曲面の形状は、ビームの全長にわたってビームの表面と接触するほど正確である必要はなく、複数の箇所でビームの表面と接触するていどでよい。接触箇所が多くなればなるほど、接触時の衝撃力が分散され、接触部での破壊が生じにくくなる。

図２を参照すると、ケースＣは、ビームｂ１，ｂ２を介在させながら順次積み重ねられたのち図示しない貫通孔に挿入されたボルトとナットの締めつけによって結合される下段部Ｃ１と中段部Ｃ２と上段部Ｃ３とから構成されている。ビームｂ１，ｂ２の先端部側の保持部の末端部分に、段部ｇが形成されている。この段部ｇは、ケースｃの内壁面に形成された滑らかな曲面を静止状態のビームｂ１，ｂ２に平行な100 ミクロン以下の一定の深さの溝で切り欠いた形状を呈している。本実施例では、この溝の深さは、80ミクロンの値に設定されている。このような段部ｇが形成されたことにより、信号端子ｔ１，ｔ２から供給される電気信号によってビームｂ１，ｂ２が撓み振動を行う通常動作時に、ビームｂ１，ｂ２がケースｃの段部ｇの内壁面に接触し、音質を劣化させるという問題が回避される。

図３は、ビームｂ１の構造を示す平面図であり、図４は図３のＡ−Ａ’断面図である。図３を参照すると、ステンレス鋼などを素材とするシムｓの表裏両面上に電極層ｅ０，ｅ１，ｅ２，ｅ３と、圧電体層ｐ１，ｐ２，ｐ３が順次積層されている。シムｓの表面に接触する接地電極層ｅ０には、接地端子ｔ２（図１，図２）からシムｓを通して接地電位が供給される。この接地電極層ｅ０は、第１層、第２層の圧電体層ｐ１，ｐ２の端面上に形成された金属層を介して第２層、第３層の接地電極層ｅ２に接続されている。同様に、信号入力端子ｔ１（図１、図２）に接触せしめられる最上層の電極層ｅ３は、第３層、第２層の圧電体層ｐ３，ｐ２の端面上に形成された金属層を介して第１層，第２層の電極層ｅ１に接続されている。

第１層の圧電体層ｐ１には、下方（シムｓに近い側）に接地電位が供給され、上方（シムｓから遠い側）に信号電圧が供給される。同様に、第３層の圧電体層ｐ３には、下方に接地電位が供給され、上方に信号電圧が供給される。これとは逆に、第２層の圧電体層ｐ２には、下方に信号電圧が供給され、上方に接地電位が供給される。そして、第２層の圧電体層ｐ２には、第１層，第３層の圧電体層ｐ１，ｐ２の場合とは上下が逆転する電歪の極性が予め与えられている。

この結果、第１，第２，第３層の圧電体層ｐ１，ｐ２，ｐ３は、信号入力端子ｔ１に印加される信号電圧によって、同一方向に互いに強め合うように伸縮する。このように、積層された複数の圧電体層の端部で、同一極性の複数の電極層が互いに連結される構造とすることにより、１対の信号入力端子と接地端子を通して各ビームの複数の圧電体層を同一方向に伸縮させることが可能になり、信号電圧の供給機構の構成が大幅に簡略化されると共に、信頼性も大幅に向上する。

図３と図４を参照すると、ビームの積層構造の保持部側の端部において、シムｓに半円状の切り欠きｑが形成されている。この切り欠きｑは、圧電体層の端面上に延長される電極層のダレが隣接する逆極性の電極層と接触し、短絡事故が起こす事態を回避するために形成される。このダレは、上下の同極性の電極層を接続するために、圧電体層の端面に沿って電極層を延長する際に、不要な延長部分として形成される。

図４の例では、最上層の電極層ｅ３と第１層の電極層ｅ１とを接続するために、圧電体層ｐ３，ｐ２の端面に導電材料の塗布などによって形成した金属層に、第１の圧電体層ｐ１の端面とその底面にまで延長された不要なダレが生じている。このような状況下で、切り欠きｑが形成されていないと、このダレの部分が接地電位に保たれるシムｓの表面と接触し、短絡状態となる。このように切り欠きｑを形成することにより、短絡事故の発生を有効に回避することができる。

図５は、本発明の他の実施例の構成を示すビームの平面図、第６図は第５図のＡ−Ａ’断面図である。この実施例では、保持部側のビームの端部に、図３、図４の場合の切り欠きｑではなく、円形の開口ｒが形成されている。その他の点では、図３，図４の場合と同一であり、重複する説明を省略する。

図７は、ケースの内面の形状に関する本発明の他の実施例の構成を示す部分断面図である。この実施例では、ビームｂ１に対向するケースＣの内面が適宜なステップの階段形状を呈している。落下時にビームｂ１に加えられる大きな衝撃力などによってビームｂ１に過大な撓みが生ずると、ケースＣの階段形状の内面の複数の角の部分にビームｂ１が接触する。その結果、ビームｂ１のそれ以上の撓みが阻止され、その破壊が防止される。

図８は、ケースの内面の形状に関する本発明の更に他の実施例の構成を示す部分断面図である。この実施例では、ビームｂ１に対向するケースＣの内面が適宜なステップの階段形状を呈すると共に、この内面にはビームｂ１の幅方向に延長される複数の矩形断面の溝がビームｂ１の長手方向に沿って離散的に形成されている。落下時にビームｂ１に加えられる大きな衝撃力などによってビームｂ１に過大な撓みが生ずると、ケースＣの溝で切り欠かれた階段形状の内面の複数の角の部分にビームｂ１が接触する。その結果、ビームｂ１のそれ以上の撓みが阻止され、その破壊が防止される。

図９は、ケースの内面の形状に関する本発明の更に他の実施例の構成を示す部分断面図である。この実施例では、ビームｂ１に対向するケースＣの内面が適宜なステップの階段形状を呈すると共に、この内面にはビームｂ１の幅方向に延長される複数のＶ字断面の溝がビームｂ１の長手方向に沿って離散的に形成されている。ビームｂ１に過大な撓みが生ずると、ケースＣの溝で切り欠かれた階段形状の内面の複数の角の部分にビームｂ１が接触し、その過大な撓みによる破壊が防止される。

図１０は、ケースの内面の形状に関する本発明の更に他の実施例の構成を示す部分断面図である。この実施例では、ビームｂ１に対向するケースＣの内面に三角形状の山と谷が形成されている。ビームｂ１に過大な撓みが生ずると、ビームｂ１が複数の箇所で山の稜線に接触し、その過大な撓みによる破壊が防止される。

図１１は、ケースの内面の形状に関する本発明の更に他の実施例の構成を示す部分断面図である。この実施例では、ビームｂ１に対向するケースＣの内面に緩慢な山と谷が形成されている。ビームｂ１に過大な撓みが生ずると、ビームｂ１が複数の箇所で山の稜線に接触し、その過大な撓みによる破壊が防止される。

以上、ビームとケースの内面が複数の個所で線接触、あるいは面接触する場合を例示した。しかしながら、平坦なケースの内面に鋭利な先端部分を有する適宜な高さの棒状体を多数植設することにより、湾曲したビームと各棒状体の先端部分との間に点接触状態を生じさせるように構成することもできる。

また、ビームのシムを金属板で構成する場合を例示した。しかしながら、このシムの素材として、ＣＦＲＰ（ Carbon Fiber Reinforced Plastic )など他の素材を適用することもできる。

さらに、ビームが２本の場合を例示した。しかしながら、ビームの本数は１本あるいは３本以上の適宜な本数であってもよい。

さらに、ビームの一端部を保持する片持ち梁の構造を例示した。しかしながら、ビームの長手方向の中央部分を保持する構造に本発明を適用することもできる。

さらに、ビームの保持部に対する固定を接着によって行う構成を例示した。しかしながら、この接着の代わりに粘着テープを用いてビームを保持部に保持させたり、保持部のケースにビームを圧入したり、ボルトとナットにより下段、中段および上段のケースＣ１，Ｃ２，Ｃ３を上下方向に締めつけることでこれら各段のケースの間に介在させた各ビームの表裏両面を圧迫して保持するなど他の適宜な保持方法を採用することもできる。

また、この撓み振動型エキサイタをスピーカとして携帯電話機などに組み込む場合を例示したが、他の適宜な携帯端末装置や、据え置き型のコンピュータや表示装置など適宜な電子機器用のスピーカとして使用することもできる。

本発明の一実施例の撓み振動型エキサイタの構成を示す断面図である。 図１の保持部側のみを拡大して示す部分拡大断面図である。 図１のビームの構造を示す平面図である。 図１のＡ−Ａ’断面図である。 本発明の他の実施例のビームの構造を示す平面図である。 図５のＡ−Ａ’断面図である。 ケースの内面の形状に関する本発明の他の実施例の構成を示す部分断面図である。 ケースの内面の形状に関する本発明の他の実施例の構成を示す部分断面図である。 ケースの内面の形状に関する本発明の他の実施例の構成を示す部分断面図である。 ケースの内面の形状に関する本発明の他の実施例の構成を示す部分断面図である。 ケースの内面の形状に関する本発明の他の実施例の構成を示す部分断面図である。

符号の説明

ｃ ケース
b1,b2 ビーム
s シム
P 積層構造
e0，e1,e2,e3 電極層
p1,p2,p3 圧電体層
t1 信号入力端子
t2 接地端子
f 接着剤
g 段部
q 切り欠き
r 開口

Claims (8)

1. 板状体の上に圧電体層および電極層の積層構造が形成されたビームと、このビームを保持する保持機構と、前記ビームの電極層に励振電力を供給する給電端子とを備え、このビームに撓み振動を励振する撓み振動型エキサイタにおいて、
   前記保持機構は、前記ビームを収容すると共にこのビームの一端部分または中央部分を保持する保持部を備えた箱体から成り、この箱体の前記ビームに対向する内面はこのビームに過大な撓み振動が発生した時にこのビームの表面とその長手方向の複数の箇所において点、線または面接触可能な形状を有することを特徴とする撓み振動型エキサイタ。
2. 請求項１において、
   前記箱体の前記ビームに対向する内面は滑らかな湾曲面、階段形状の面またはこれらの面に対し前記ビームの長手方向もしくは幅方向の一方または双方に沿って延長される複数の溝が離散的に形成された面から成ることを特徴とする撓み振動型エキサイタ。
3. 請求項１または２のいずれかにおいて、
   前記箱体の保持部と前記ビームと対向するケースの内面との間に、この保持部の端部を定めるほぼ100 ミクロン以下の段差が形成されたことを特徴とする撓み振動型エキサイタ。
4. 請求項１乃至３のいずれかにおいて、
   前記保持部における前記ビームの固定は、接着もしくは粘着テープによる固定、保持部へのビームの圧入または保持部によるビームの表裏両面の圧迫のうちの少なくとも一つによって行われることを特徴とする撓み振動型エキサイタ。
5. 請求項１乃至４のいずれかにおいて、
   前記ビームは複数のビームから成り、前記保持部の箱体には各ビームを隔離する壁面が形成され、この壁面の各ビームに対向する面にも前記接触面が形成されたことを特徴とする撓み振動型エキサイタ。
6. 請求項１乃至５のいずれかにおいて、
   前記圧電体層および電極層の積層構造は高さ方向に複数形成され、いくつかの電極層は前記圧電体層の端面においてかつ前記板状体の端部に形成されたこの板状体の幅よりも小さな幅の切り欠きの箇所において互いに連結されたことを特徴とする撓み振動型エキサイタ。
7. 請求項１乃至５のいずれかにおいて、
   前記圧電体層および電極層の積層構造は高さ方向に複数形成され、いくつかの電極層は前記圧電体層の端面においてかつ前記板状体の中央部分に形成されたこの板状体の幅よりも小さな直径の開口の箇所において互いに連結されたことを特徴とする撓み振動型エキサイタ。
8. 請求項１乃至７のいずれかにおいて、
   前記板状体は金属板から成ることを特徴とする撓み振動型エキサイタ。

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