JP2011136322A - 圧電アクチュエータモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】振動力を強化させることが可能な最適の構造で形成された圧電アクチュエータモジュールを提供する。
【解決手段】本発明の圧電アクチュエータモジュールは、板状をしたプレートと、前記プレートの長手方向の両端にそれぞれ少なくとも２つ備えられ、前記プレートに対して垂直に突出して一側が電子機器に結合する弾性部材と、前記プレートの一面に備えられ、振動力を発生させる圧電素子とを含んでなる。
【選択図】図６

Description

本発明は、圧電アクチュエータモジュールに関する。

ユーザがコンピュータまたはプログラムとの意思疎通をさらに容易且つ便利に行うことを可能とするために様々な方法が使われるが、最近では、ユーザがタッチして入力する概念の以外にも、インターフェースにユーザの直観的な経験を反映してフィードバックを多様化する概念を含むハプティックデバイス(haptic device)が多く採用されている。
ハプティックデバイスは、空間節約が可能で、操作性の向上および簡便性を同時に実現することができるうえ、仕様変更が簡便で、ユーザ認識率が高いという利点以外にも、ＩＴ機器との連動の容易性など多くの利点がある。このような利点により、産業、交通、サービス、医療、モバイルなどの多様な分野で幅広く用いられている。

一般に、ハプティックデバイスは、透明性を有するタッチパネルが、画像を表示するＬＣＤなどの画像表示装置に密着して配置され、ユーザがタッチパネルを介して画像を見ながらタッチパネルを圧迫操作する場合、振動モーター(vibration motor)または圧電アクチュエータ(piezoelectric actuator)などの振動発生手段がタッチパネルに振動感を加えることによりユーザが振動を感じることが可能な構造を採用している。

ところが、振動発生手段のうち、振動モーターは携帯電話全体が振動する方式でユーザに触覚フィードバックを与えるように作動するため、タッチパネルを介してユーザに伝達される振動が減速するという問題点がある。よって、最近では、特定の部分を振動させることによりユーザの振動感を向上させることが可能な圧電アクチュエータに関する研究が盛んに行われている実情であるが、体積を減らしながらも振動力を増加させることが可能な圧電アクチュエータモジュール(piezoelectric actuator module)を実用化することが難しいという問題点がある。

そこで、本発明は、上述した問題点を解決するためのもので、その目的とするところは、振動力を強化させることが可能な最適の構造で形成された圧電アクチュエータモジュールを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明のある観点によれば、板状をしたプレートと、前記プレートの長手方向の両端にそれぞれ少なくとも２つ備えられ、前記プレートに対して垂直に突出して一側が電子機器に結合する弾性部材と、前記プレートの一面に備えられ、振動力を発生させる圧電素子とを含んでなる、圧電アクチュエータモジュールを提供する。

ここで、前記弾性部材はコイルバネであることを特徴とする。
また、前記弾性部材は前記プレートと一体化したことを特徴とする。
また、前記弾性部材は前記プレートの他面から垂直に突出したことを特徴とする。
また、前記弾性部材は前記プレートの一面から垂直に突出したことを特徴とする。
また、前記プレートの長手方向に対して垂直な前記プレートの中心軸を基準として前記プレートの両端に備えられる前記少なくとも２つの弾性部材は、互いに対称的な位置に設けられることを特徴とする。
また、前記弾性部材は、前記プレートに対して垂直に突出して前記電子機器に結合する円板、および前記円板から前記プレートまで旋回曲線をなして延長された弾性支持体を含むことを特徴とする。
また、前記弾性支持体は、４つが備えられ、前記円板を四等分する位置から延長されることを特徴とする。
また、前記弾性支持体は、３つが備えられ、前記円板を三等分する位置から延長されることを特徴とする。

本発明の特徴および利点らは、添付図面に基づいた次の詳細な説明からさらに明白になるであろう。
これに先立ち、本明細書および請求の範囲に使用された用語または単語は、通常的且つ辞典的な意味で解釈されてはならず、発明者が自分の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に基づき、本発明の技術的思想に符合する意味と概念で解釈されなければならない。

本発明は、両端に少なくとも２つの弾性部材を備えたプレートを採用することにより、長さの変化または弾性部材の個数変化によって振動力を調節することができ、プレートに備えられた圧電素子を安定的に支持することができるという利点がある。
また、本発明によれば、プレートと一体化している弾性部材を備えることにより、別途の弾性部材の製作を省略することができて製造コストを節約することができ、弾性部材をプレートに結合させる工程を省略することができて圧電アクチュエータモジュールの製造工程を単純化することができるという効果がある。

本発明の好適な第１実施例に係る圧電アクチュエータモジュールの分解斜視図である。 本発明の好適な第１実施例に係る圧電アクチュエータモジュールの分解斜視図である。 本発明の好適な第１実施例に係る圧電アクチュエータモジュールの側面図である。 本発明の好適な第１実施例に係る圧電アクチュエータモジュールの側面図である。 本発明の好適な第１実施例に係る圧電アクチュエータモジュールの長さの変化による駆動周波数の変化を示すグラフである。 本発明の好適な第２実施例に係る圧電アクチュエータモジュールの斜視図である。 本発明の好適な第２実施例に係る圧電アクチュエータモジュールの斜視図である。 本発明の好適な第２実施例に係る圧電アクチュエータモジュールの側面図である。 本発明の好適な第２実施例に係る圧電アクチュエータモジュールの側面図である。 本発明の好適な第２実施例に係る圧電アクチュエータモジュールの平面図である。 本発明の好適な第２実施例に係る圧電アクチュエータモジュールの平面図である。

本発明の目的、特定の利点および新規の特徴は添付図面に連関する以下の詳細な説明と好適な実施例からさらに明白になるであろう。本発明において、各図面の構成要素に参照番号を付加するにおいて、同一の構成要素については、他の図面上に表示されても、出来る限り同一の番号を付することに留意すべきであろう。また、「一面」、「他面」などの用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別するために使用されるものである。構成要素は前記用語によって限定されない。なお、本発明を説明するにおいて、関連した公知の技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を無駄に乱すおそれがあると判断される場合、その詳細な説明は省略する。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施例を詳細に説明する。
図１および図２は本発明の第１実施例に係る圧電アクチュエータモジュールの分解斜視図、図３および図４は本発明の好適な第１実施例に係る圧電アクチュエータモジュールの側面図である。

図１〜図４に示すように、本実施例に係る圧電アクチュエータモジュール１００は、板状をしたプレート１１０と、プレート１１０の長手方向の両端にそれぞれ少なくとも２つ備えられ、プレート１１０に対して垂直に突出して一側が電子機器に結合する弾性部材１２０と、プレート１１０の一面に備えられ、電子機器に振動力を伝達する圧電素子１３０とを含んでなる。
前記プレート１１０は、圧電素子１３０を支持し、駆動中に圧電素子１３０に加えられる衝撃を防止すると同時に、圧電素子１３０の振動力を強化させる役割を果たすもので、板状を有する。ここで、プレート１１０の材質は、特に限定されないが、圧電素子１３０を安定的に支持すると同時に圧電素子１３０の振動力を電子機器に効果的に伝達するために、所定の強度以上の剛性を有する素材であることが好ましい。

また、プレート１１０の長さを調節して周波数を制御することにより、最終的には圧電アクチュエータモジュール１００の振動力を制御することができる。振動力Ｇに関する数式がＧ＝−（ｍ×Ｘ×ｗ２）／Ｍ（ｍ＝変位を有する部分の質量、Ｘ＝圧電素子１３０の変位、ｗ＝駆動周波数、Ｍは全体質量）なので、圧電素子１３０の駆動周波数ｗが変更されると、振動力Ｇも変更されることが分かる。例えば、図５に示すように、プレート１１０の長さを１５ｍｍ、３０ｍｍ、４５ｍｍに変更すると、駆動周波数ｗが約２４０Ｈｚ、約２００Ｈｚ、約１４０Ｈｚに変更されるので、前述した数式に基づいて、最終的には圧電アクチュエータモジュール１００の駆動力Ｇを変更することができる。

また、前述した数式において、プレート１１０も圧電素子１３０と共に振動するので、ｍ（変位を有する部分の質量）値にプレート１１０の質量も含まれてｍ値が増加する。したがって、圧電素子１３０のサイズを減少させても振動力を維持することができるため、高価の圧電素子１３０の製造コストを節減することができるという利点がある。

前記弾性部材１２０は、圧電素子１３０の備えられたプレート１１０を電子機器に固定させ、圧電アクチュエータモジュール１００の弾性を調節する役割を果たす。本実施例では、弾性部材１２０として通常のコイルバネを使用する。また、弾性部材１２０は、プレート１１０から垂直に突出し、プレート１１０の長手方向の両端にそれぞれ少なくとも２つが備えられる。よって、プレート１１０の長手方向の両端にそれぞれ１つの弾性部材１２０のみを使用するとき、プレート１２０の長手方向の中心軸を基準として発生しうるチルト(tilting)現象を防止することができるという利点がある。また、チルト現象を防止し且つさらに安定的な構造を確保するために、プレートの両端に備えられる少なくとも２つの弾性部材１２０は、プレート１１０の長手方向に垂直なプレート１１０の中心軸を基準として互いに対称的な位置に設けられることが好ましい。

また、図面上、弾性部材１２０は合計４つを備えるものと示したが、これは例示的なものに過ぎず、プレート１１０の長手方向の両端にそれぞれ３つずつ合計６つの弾性部材１２０を備えるか、あるいはプレート１１０の長手方向の両端にそれぞれ４つずつ合計８つの弾性部材１２０を備えるなど、多数の弾性部材１２０を採用してさらに安定的な支持力を実現することができるともに、圧電アクチュエータモジュール１００の弾性を調節することができる。

一方、弾性部材１２０は、圧電素子１３０の設けられたプレート１１０の一面と反対側のプレート１１０の他面に設けられてもよく（図１および図３参照）、必要に応じて圧電素子１３０と同一の面に設けられてもよい（図２および図４参照）。

前記圧電素子１３０は、振動力を発生させる手段であって、プレート１１０の一面に備えられる。よって、圧電素子１３０が振動力を発生させると、プレート１１０が圧電素子１３０と共に振動し、プレート１１０に結合した弾性部材１２０を介して電子機器に振動力が伝達される。圧電素子１３０についてさらに詳しく説明すると、圧電素子１３０は、電源印加の際に伸縮および屈曲変形して振動力を生成し、電極パターンのプリントされた圧電シート（セラミック圧電シート）が単一または積層されて形成された構造を持つ。この際、圧電シートの表面にプリントされる電極パターンを適切に設定することにより、圧電素子１３０は第１振動モード、第２振動モード、例えば、圧電素子１３０の長手方向に発生する伸縮振動モードと圧電素子１３０の厚さ方向に発生する屈曲振動モードを発生させる。一方、圧電素子１３０の圧電シート積層構造と電極パターン構造は多様な方式が公知になっているので、これについての詳細な説明は省略する。

図６および図７は本発明の好適な第２実施例に係る圧電アクチュエータモジュールの斜視図、図８および図９は本発明の好適な第２実施例に係る圧電アクチュエータモジュールの側面図、図１０および図１１は本発明の好適な第２実施例に係る圧電アクチュエータモジュールの平面図である。

図６〜図１１に示すように、本実施例と第１実施例との最も大きい差異点は弾性部材１２０の構造である。よって、本実施例では、第１実施例と重複する内容は省略し、弾性部材１２０を中心に記述する。

本実施例に係る弾性部材１２０は、第１実施例に係る弾性部材１２０と比較するとき、第１実施例ではプレート１１０に一般なコイルバネを結合させたが、本実施例ではプレート１１０と一体化している弾性部材１２０を備える。例えば、弾性部材１２０は、プレートの両端に切り込みを入れた後、折り曲げて一体に形成することができる。よって、本実施例では、別途の弾性部材１２０を製作する工程、および弾性部材１２０をプレート１１０に取り付ける工程を省略することができるという利点がある。

また、弾性部材１２０の構造をさらに詳しく説明すると、弾性部材１２０は、プレート１１０に対して垂直に突出して電子機器に結合する円板１２３と、円板１２３からプレート１１０まで旋回曲線をなして延長され、実質的に弾性力を提供する弾性支持体１２７とから構成される。したがって、圧電素子１３０が振動すると、弾性支持体１２７の弾性力によって円板１２３とプレート１１０との間隔が変動しながら電子機器に振動力が伝達される。ここで、弾性支持体１２７は、例えば３つまたは４つが備えられてもよい。ところが、安定的な構造のためには、弾性支持体１２７が３つ備えられた場合には、弾性支持体１２７は円板１２３を三等分する位置から延長され（図１０参照）、弾性支持体１２７が４つ備えられた場合には、弾性支持体１２７は円板１２３を四等分する位置から延長されること（図１１参照）が好ましい。

一方、弾性部材１２０が、圧電素子１３０の設けられたプレート１１０の一面と反対側のプレート１１０の他面に設けられてもよく（図６および図８参照）、必要に応じて圧電素子１３０と同一の面に設けられてもよい（図７および図９参照）ことは、第１実施例と同様である。

以上、本発明を具体的な実施例によって詳細に説明したが、これらの実施例は本発明を具体的に説明するためのものに過ぎない。本発明に係る圧電アクチュエータモジュールは、これらの実施例に限定されず、本発明の技術的思想内において、当該技術分野における通常の知識を有する者によって多様な変形および改良が可能である。

本発明の単純な変形ないし変更はいずれも本発明の領域に属するもので、本発明の具体的な保護範囲は特許請求の範囲によって明確になるであろう。

１００ 圧電アクチュエータモジュール
１１０ プレート
１２０ 弾性部材
１２３ 円板
１２７ 弾性支持体
１３０ 圧電素子

Claims (9)

1. 板状をしたプレートと、
   前記プレートの長手方向の両端にそれぞれ少なくとも２つ備えられ、前記プレートに対して垂直に突出して一側が電子機器に結合する弾性部材と、
   前記プレートの一面に備えられ、振動力を発生させる圧電素子とを含んでなることを特徴とする、圧電アクチュエータモジュール。
2. 前記弾性部材はコイルバネであることを特徴とする、請求項１に記載の圧電アクチュエータモジュール。
3. 前記弾性部材は前記プレートと一体化したことを特徴とする、請求項１に記載の圧電アクチュエータモジュール。
4. 前記弾性部材は前記プレートの他面から垂直に突出したことを特徴とする、請求項１に記載の圧電アクチュエータモジュール。
5. 前記弾性部材は前記プレートの一面から垂直に突出したことを特徴とする、請求項１に記載の圧電アクチュエータモジュール。
6. 前記プレートの長手方向に対して垂直な前記プレートの中心軸を基準として前記プレートの両端に備えられる前記少なくとも２つの弾性部材は、互いに対称的な位置に設けられることを特徴とする、請求項１に記載の圧電アクチュエータモジュール。
7. 前記弾性部材は、
   前記プレートに対して垂直に突出して前記電子機器に結合する円板と、
   前記円板から前記プレートまで旋回曲線をなして延長される弾性支持体とを含んでなることを特徴とする、請求項１に記載の圧電アクチュエータモジュール。
8. 前記弾性支持体は、４つが備えられ、前記円板を四等分する位置から延長されることを特徴とする、請求項７に記載の圧電アクチュエータモジュール。
9. 前記弾性支持体は、３つが備えられ、前記円板を三等分する位置から延長されることを特徴とする、請求項７に記載の圧電アクチュエータモジュール。

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