JP2013229800A - 圧電型エキサイタ - Google Patents

Abstract

【課題】片持ち梁状のビームを備えた圧電型エキサイタにおいて、コンパクトな構成を維持した上で所期の振動特性を確保する。
【解決手段】ビーム２０を片持ち梁状に支持するビーム支持部材３０の下面に、ベースプレート４０が固定された構成とする。その際、ビーム支持部材３０におけるビーム２０の自由端側の第１端面３０ａに、ビーム２０を構成するシム２２の基端部２２ｂが上下方向に撓まないように該基端部２２ｂの左右両端部と係合する左右１対のガイド部３０ｂが、ビーム２０の自由端側へ向けて突出するように形成された構成とする。その上で、ビーム支持部材３０の左右両側面に、ビーム２０の長手方向に延びるリブ３０ｄが、第１端面３０ａを長手方向に跨ぐように形成された構成とする。これにより、各リブ３０ｄの側方突出量をベースプレート４０の各側面壁４４の板厚の範囲内に抑えた上で、各ガイド部３０ｂの剛性向上を図る。
【選択図】図５

Description

本願発明は、励振用パネル（例えば液晶ディスプレイのタッチパネル等）を振動させるために、この励振用パネルに取り付けられた状態で使用される圧電型エキサイタに関するものであり、特に、片持ち梁状のビームを備えた圧電型エキサイタに関するものである。

従来より、液晶ディスプレイを備えた携帯用端末等において、そのスピーカとして、液晶ディスプレイのタッチパネルを振動させるように構成されたものが知られている。そして、そのスピーカを駆動するためのアクチュエータとして、片持ち梁状のビームを備えた圧電型エキサイタが知られている。

このような圧電型エキサイタの構成としては、平板状に形成されたシムの上面および／または下面に圧電素子が固定されてなるビームと、このビームを片持ち梁状に支持するビーム支持部材と、このビーム支持部材の下面に固定されたベースプレートとを備えたものが知られている。

そして、この圧電型エキサイタは、そのベースプレートの下面において励振用パネルに貼着等により取り付けられた状態で、圧電素子に電圧が印加されることにより、ビームが上下に撓んで振動し、これにより励振用パネルを振動させるように構成されている。

「特許文献１」には、このような圧電型エキサイタにおけるベースプレートの構成として、ビーム支持部材の下面に沿って延びる底面壁とビーム支持部材の左右両側において立ち上がる左右１対の側面壁とを備えた構成が記載されている。

一方「特許文献２」には、ビーム支持部材におけるビームの自由端側の第１端面に、シムの基端部が上下方向に撓まないように該基端部の左右両端部と係合する左右１対のガイド部が、ビームの自由端側へ向けて突出するように形成された圧電型エキサイタが記載されている。

特開２０１１−１２９９７１号公報 特開２０１１−１５５３９７号公報

片持ち梁状のビームを備えた圧電型エキサイタにおいては、ビームの振動に伴ってビーム支持部材がベースプレートから反力を受けることとなるが、ビームの振幅が大きくなると、ビーム支持部材における第１端面側の端部に大きな反力が集中的に作用することとなる。このため、ビーム支持部材は、その第１端面側の端部がベースプレートから浮き上がるように変位してしまい、ビームの振動を励振用パネルに適切に伝達することができなくなってしまう。また、この浮き上がりによって、ビームの有効長が長くなってしまうため、本来は振動力の大小にかかわらず一定の値に維持されるべき最低共振周波数Ｆ０が、振動力の増大に伴って低下してしまい、所期の振動特性が得られなくなってしまう。

これに対し、上記「特許文献２」に記載された圧電型エキサイタのように、ビーム支持部材の第１端面に左右１対のガイド部が形成された構成とすれば、ビームの振動に伴ってビーム支持部材がベースプレートから受ける反力をビームの長手方向に分散させることができる。そしてこれにより、ビーム支持部材における第１端面側の端部に反力が集中的に作用してしまうのを未然に防止ことができる。

しかしながら、このようにビーム支持部材に左右１対のガイド部が形成された構成とした場合には、両ガイド部の左右幅の分だけビーム支持部材およびベースプレートの左右幅が大きくなってしまうので、圧電型エキサイタをコンパクトに構成することができなくなってしまう、という問題がある。

本願発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、片持ち梁状のビームを備えた圧電型エキサイタにおいて、コンパクトな構成を維持した上で所期の振動特性を確保することができる圧電型エキサイタを提供することを目的とするものである。

本願発明は、ビーム支持部材の構成に工夫を施すことにより、上記目的達成を図るようにしたものである。

すなわち、本願発明に係る圧電型エキサイタは、
平板状に形成されたシムの上面および／または下面に圧電素子が固定されてなるビームと、このビームを片持ち梁状に支持するビーム支持部材と、このビーム支持部材の下面に固定されたベースプレートとを備え、上記ベースプレートの下面において励振用パネルに取り付けられるように構成された圧電型エキサイタにおいて、
上記ベースプレートが、上記ビーム支持部材の下面に沿って延びる底面壁と、上記ビーム支持部材の左右両側において立ち上がる左右１対の側面壁とを備えており、
上記ビーム支持部材における上記ビームの自由端側の第１端面に、上記シムの基端部が上下方向に撓まないように該基端部の左右両端部と係合する左右１対のガイド部が、上記ビームの自由端側へ向けて突出するように形成されており、
上記ビーム支持部材の左右両側面に、上記ビームの長手方向に延びるリブが、該ビーム支持部材の第１端面を上記長手方向に跨ぐように形成されている、ことを特徴とするものである。

上記構成において、「上面」や「下面」等の方向性を示す用語は、圧電型エキサイタを構成する各部材相互間の位置関係を明確にするために便宜上用いたものであって、これにより圧電型エキサイタを実際に使用する際の方向性が限定されるものではない。

上記「リブ」は、ビームの長手方向に延びるように形成され、かつ、ビーム支持部材の第１端面を上記長手方向に跨ぐように形成されていれば、その具体的な形成位置や形成範囲あるいはその断面形状等は特に限定されるものではない。

上記構成に示すように、本願発明に係る圧電型エキサイタにおいては、ビーム支持部材におけるビームの自由端側の第１端面に、ビームを構成するシムの基端部が上下方向に撓まないようにその左右両端部と係合する左右１対のガイド部が、ビームの自由端側へ向けて突出するように形成されているので、ビームの振動に伴ってビーム支持部材がベースプレートから受ける反力をビームの長手方向に分散させることができる。そしてこれにより、ビーム支持部材における第１端面側の端部に反力が集中的に作用してしまうのを未然に防止ことができる。

その上で、本願発明に係る圧電型エキサイタにおいては、ビーム支持部材の左右両側面に、ビームの長手方向に延びるリブが形成されており、その際、これら各リブは、ビーム支持部材の第１端面をビームの長手方向に跨ぐように形成されているので、これら左右１対のリブの存在により左右１対のガイド部の剛性を高めることができる。そして、このようにして剛性を高めることができた分だけ、各ガイド部の左右幅を小さくすることができるので、圧電型エキサイタをコンパクトに構成することができる。

その際、各リブの側方突出量をベースプレートの各側面壁の板厚と同じ値またはそれよりも小さい値に設定すれば、リブを形成したことによって圧電型エキサイタの左右幅が増大してしまうのを未然に防止することができる。また、各リブの側方突出量をベースプレートの各側面壁の板厚よりも大きい値に設定した場合においても、リブを形成したことによって圧電型エキサイタの左右幅が増大する量は、各リブの側方突出量とベースプレートの各側面壁の板厚との差の２倍分に過ぎないので、圧電型エキサイタの左右幅が増大してしまうのを効果的に抑制することができる。

このように本願発明によれば、片持ち梁状のビームを備えた圧電型エキサイタにおいて、コンパクトな構成を維持した上で所期の振動特性を確保することができる。

上記構成において、各リブがビームのシムと略同じ高さ位置に形成された構成とすれば、ビームの振動中心位置に各リブが配置されることとなるので、各ガイド部の剛性を効果的に向上させることができる。

上記構成において、ベースプレートの各側面壁は、その底面壁からある程度の高さで形成されることが、圧電型エキサイタを励振用パネルに取り付けたときの剛性を確保する上で好ましい。その際、ベースプレートの各側面壁が、ビーム支持部材の第１端面の位置においてリブよりも上方まで延びるように形成された構成とすると、各リブと干渉してしまうこととなる。そこで、ベースプレートの各側面壁に、各リブとの干渉を回避するための逃げ部が形成された構成とすれば、ベースプレートの各側面壁の高さを十分に確保することができる。

この場合において、ベースプレートの各逃げ部が、各リブの上側面と係合するように形成された開口部で構成されたものとすれば、各リブと各開口部の上端縁との係合によりビーム支持部材とベースプレートとの上下方向の位置決めを図ることができる。また、このように各逃げ部を開口部で構成することにより、逃げ部を形成したことによるベースプレートの各側面壁の剛性低下を最小限に抑えることができる。

さらに、この場合において、各リブの下側面が、斜め上方へ向けて延びる傾斜面で構成されたものとすれば、各リブを各開口部に嵌め込むことが容易に可能となる。

上記構成において、ベースプレートの底面壁における、ビーム支持部材の第１端面からビームの自由端側に離れた位置に、開口部が形成された構成とした上で、ビームの基端部の下面とビーム支持部材の第１端面とベースプレートの底面壁とで囲まれた空間に接着剤が充填された構成とすれば、次のような作用効果を得ることができる。

すなわち、接着剤の充填により、ビームの振動に伴ってビーム支持部材がベースプレートから受ける反力を効果的に分散させることができる。そしてこれにより、ビームが大きな振幅で振動したような場合においても、ビーム支持部材がベースプレートから剥離してしまうおそれを最小限に抑えることができる。したがって、振動力の増大に伴って最低共振周波数Ｆ０が低下して、所期の振動特性が得られなくなってしまうのを未然に防止することができる。その際、接着剤は、その表面張力によって開口部の周囲に充填されることとなるので、接着剤が不用意に広範囲にわたって充填されてしまうことにより最低共振周波数Ｆ０がばらついてしまうのを未然に防止することができる。

この場合において、各ガイド部の下面がビーム支持部材の下面よりも上方側に位置する構成とし、各ガイド部の下面とベースプレートの底面壁との間にも接着剤が充填された構成とすれば、ビームの振動に伴ってビーム支持部材がベースプレートから受ける反力の分散効果を一層高めることができる。

その際、この接着剤として弾性系接着剤を用いるようにすれば、大きな表面張力を確保することができるので、これを開口部の周囲に充填することが容易に可能となる。

上記構成において、ビーム支持部材の下面とベースプレートの底面壁とが弾性系接着剤で接着された構成とすれば、ビームの振動に伴ってビーム支持部材がベースプレートから受ける反力の分散効果を十分高めることができる。また、このような構成を採用することにより、圧電型エキサイタに衝撃荷重が作用したような場合においても、接着面が剥離してしまうおそれを最小限に抑えることができる。

（ａ）は本願発明の一実施形態に係る圧電型エキサイタを上向きに配置した状態で示す側面図、（ｂ）はその平面図 図１（ｂ）のII−II線断面詳細図 図２のIII 方向矢視図 上記圧電型エキサイタの組付けの様子を示す、図２のIV−IV線断面図 上記圧電型エキサイタを斜め上方から見て示す斜視図 上記圧電型エキサイタの組付けの様子を示す、図５の要部詳細図 上記圧電型エキサイタの機能を確認するために行った解析の結果を説明する図であって、（ａ）は上記圧電型エキサイタの解析モデルの要部を斜め下方から見て示す斜視図、（ｂ）は従来例の解析モデルの要部を斜め下方から見て示す斜視図 （ａ）は圧電型エキサイタの適正な振動特性を示すグラフ、（ｂ）は上記従来例の振動特性を示すグラフ

以下、図面を用いて、本願発明の実施の形態について説明する。

図１は、本願発明の一実施形態に係る圧電型エキサイタ１０を上向きに配置した状態で示す図であって、（ａ）が側面図、（ｂ）が平面図である。また、図２は、図１（ｂ）のII−II線断面詳細図であり、図３は、図２のIII 方向矢視図である。

図４は、圧電型エキサイタ１０の組付けの様子を示す、図２のIV−IV線断面図である。また、図５は、圧電型エキサイタ１０を斜め上方から見て示す斜視図であり、図６は、その組付けの様子を示す、図５の要部詳細図である。

これらの図に示すように、本実施形態に係る圧電型エキサイタ１０は、平板状に形成されたシム２２の上下両面に圧電素子２４がそれぞれ固定されてなるバイモルフ型のビーム２０と、このビーム２０を片持ち梁状に支持するビーム支持部材３０と、このビーム支持部材３０の下面３０ｃに固定されたベースプレート４０とを備えた構成となっている。

そして、この圧電型エキサイタ１０は、そのベースプレート４０の下面において、液晶ディスプレイのタッチパネル等の励振用パネル２に貼着等により取り付けられた状態で用いられるようになっている。その際、この圧電型エキサイタ１０は、その圧電素子２４に電圧が印加されることにより、そのビーム２０が上下に撓んで振動し、これにより励振用パネル２を振動させるように構成されている。

ビーム２０のシム２２は、平面視において長方形の外形形状を有するステンレス鋼板等の金属板であって、その長手方向の寸法が３０〜４０ｍｍ程度（例えば３５ｍｍ程度）、幅方向の寸法が３〜５ｍｍ（例えば４ｍｍ程度）程度、厚みが０．２〜０．４ｍｍ程度（例えば０．３ｍｍ程度）の値に設定されている。

このシム２２は、その長手方向の一端部が、ビーム支持部材３０に埋設固定されており、これによりビーム２０の片持ち支持が行われるようになっている。その際、このシム２２の基端部２２ｂは、その最基端部２２ｂ１の上面が部分的にビーム支持部材３０から露出しており、この露出部分によって圧電型エキサイタ１０の第１端子が構成されている。

上下１対の圧電素子２４は、シム２２の上下両面においてビーム支持部材３０から露出している部分に貼着されている。これら各圧電素子２４は、平面視においてシム２２よりもひと回り小さい長方形の外形形状を有している。すなわち、これら各圧電素子２４は、その長手方向に関しては、ビーム支持部材３０におけるビーム２０の自由端側（以下、単に「自由端側」という）の第１端面３０ａの位置からビーム２０の自由端（具体的にはシム２２の端縁２２ａ）の近傍までの間の領域に形成されており、その幅方向に関しては、シム２２よりもやや狭い範囲内の領域に形成されている。これら各圧電素子２４は、その厚みが０．２〜０．４ｍｍ程度（例えば０．３ｍｍ程度）の値に設定されている。

そして、上側に位置する圧電素子２４の上面および下側に位置する圧電素子２４の下面には、その全範囲にわたって金属箔２６がそれぞれ貼着されている。この金属箔２６は、ステンレス鋼や４２ニッケル合金等の硬度の高い金属材料により構成されており、その厚みは０．０２〜０．０４ｍｍ程度（例えば０．０３ｍｍ程度）の値に設定されている。

ビーム支持部材３０は、シム２２をインサートとして成形された樹脂成形品として構成されている。このビーム支持部材３０は、その厚みが１．５〜２．５ｍｍ程度（例えば２ｍｍ程度）の値に設定されており、その上下両面がシム２２の板厚中心に対して略等距離の位置に形成されている。

このビーム支持部材３０は、その自由端側の第１端面３０ａがビーム２０の長手方向と直交する鉛直面状に形成されている。そして、この第１端面３０ａの左右両端部には、自由端側へ向けて突出する左右１対のガイド部３０ｂが形成されている。

これら各ガイド部３０ｂは、側面視において矩形形状を有する鉛直壁として構成されている。その際、これら各ガイド部３０ｂは、その左右方向の厚みが０．０８〜０．１２ｍｍ程度（例えば０．１ｍｍ程度）の値に設定されている。また、これら各ガイド部３０ｂは、その外側面がビーム支持部材３０の外側面と面一で延びるように形成されている。そして、これら各ガイド部３０ｂは、その内側面においてシム２２の基端部２２ｂを包むようにして該基端部２２ｂと上下両側から係合しており、これによりシム２２の基端部２２ｂを上下方向に撓ませないようにしている。

これら各ガイド部３０ｂの下面３０ｂ１は、ビーム支持部材３０の下面３０ｃよりも上方側に位置している。その際の上方変異量は、０．２〜０．４ｍｍ程度（例えば０．３ｍｍ程度）に設定されている。

ビーム支持部材３０の左右両側面には、ビーム２０の長手方向に延びるリブ３０ｄが形成されている。これら各リブ３０ｄは、ビーム支持部材３０の第１端面３０ａをビーム２０の長手方向に跨ぐように（すなわち各ガイド部３０ｂの外側面の途中位置まで延びるように）形成されている。

これら各リブ３０ｄは、シム２２と略同じ高さ位置に形成されている。また、これら各リブ３０ｄは、側面視においてビーム２０の長手方向に細長く延びる矩形状に形成されており、その長手方向の中心位置が第１端面３０ａよりもやや自由端側に位置している。

その際、これら各リブ３０ｄの長さは、各ガイド部３０ｂの自由端側への突出長さよりもやや短い値に設定されている。また、これら各リブ３０ｄの側方突出量は、ベースプレート４０の板厚（これについては後述する）よりも僅かに小さい値（例えば０．０８ｍｍ程度）に設定されている。

これら各リブ３０ｄの上側面３０ｄ１は水平面で構成されているが、その下側面３０ｄ２は斜め上方へ向けて延びる傾斜面で構成されている。そして、これら各リブ３０ｄは、その先端面がシム２２と略同じ高さ位置においてシム２２の板厚と略同じ上下幅で形成されている。

また、このビーム支持部材３０の左右両側面における各リブ３０ｄよりも基端部側の位置には、左右１対の位置決めキー３０ｅが形成されている。これら各位置決めキー３０ｅは、側面視において上下方向に細長く延びる矩形状に形成されており、その下端面が各リブ３０ｄの上側面３０ｄ１と同じ高さに位置している。

さらに、このビーム支持部材３０の上面および下面には、ビーム２０の長手方向に延びる溝部３０ｆが形成されている。そして、この溝部３０ｆには、ビーム支持部材３０の基端部側からＵ字形のピン６０が嵌め込まれるようにして装着されている。このピン６０は、その１対の開放端部がビーム２０の上下１対の金属箔２６にハンダ６２によって導通固定されている。そして、このピン６０によって圧電型エキサイタ１０の第２端子が構成されている。

ベースプレート４０は、ビーム支持部材３０の下面３０ｃに沿って水平方向に延びる底面壁４２と、この底面壁４２からビーム支持部材３０の左右両側においてその両側壁面に沿って鉛直方向に立ち上がる左右１対の側面壁４４とで構成されており、角張った略Ｕ字形の断面形状を有している。このベースプレート４０は、板厚０．０５〜０．２ｍｍ程度（例えば０．１ｍｍ程度）のステンレス鋼板等の金属板に曲げ加工等を施すことにより形成されている。

このベースプレート４０は、各側面壁４４の上端縁４４ａがビーム支持部材３０の上面と略同じ高さに位置する略Ｕ字形の断面形状を維持したまま、自由端側へビーム２０の途中位置まで水平方向に延びるように形成されている。

このベースプレート４０には、その左右１対の側面壁４４における上記長手方向の基端縁（すなわち自由端側の端縁とは反対側の端縁）の近傍にカシメ爪４４ｃがそれぞれ形成されている。そして、このベースプレート４０の底面壁４２をビーム支持部材３０の下面３０ｃに対して接着剤７０で接着した状態で、左右１対のカシメ爪４４ｃをビーム支持部材３０の上面に対して左右両側からカシメることにより、ベースプレート４０とビーム支持部材３０とが強固に固定されるようになっている。

このベースプレート４０の各側面壁４４は、カシメ爪４４ｃに対して上記長手方向の両側に位置する部分が切欠き部として形成されており、その自由端側に位置する切欠き部４４ｂにビーム支持部材３０の各位置決めキー３０ｅが嵌め込まれることにより、ビーム支持部材３０をベースプレート４０に対して上記長手方向に位置決めするようになっている。

ベースプレート４０の各側面壁４４は、ビーム支持部材３０の各リブ３０ｄよりも上方まで延びるように形成されているが、これら各側面壁４４には、各リブ３０ｄとの干渉を回避するための逃げ部として開口部４４ｄが形成されている。

これら各開口部４４ｄは、上記長手方向に各リブ３０ｄよりも長く延びる長円形状を有している。そして、これら各開口部４４ｄの上端縁において各リブ３０ｄの上側面３０ｄ１と係合するようになっている。

図４、６に示すように、ビーム支持部材３０がベースプレート４０に組み付けられる際には、ビーム支持部材３０の各リブ３０ｄが、その傾斜面として形成された下側面３０ｄ２においてベースプレート４０の各側面壁４４を押し拡げながら下方へ移動して、ベースプレート４０の各開口部４４ｄに嵌め込まれるようになっている。

ベースプレート４０の底面壁４２には、ビーム支持部材３０の第１端面３０ａから自由端側に離れた位置に開口部４２ａが形成されている。この開口部４２ａは、左右方向にやや長い略矩形状に形成されている。

ビーム支持部材３０の下面３０ｃとベースプレート４０の底面壁４２とを接着する接着剤７０は、ビーム支持部材３０をベースプレート４０に組み付ける際に、その底面壁４２に予め塗布されるようになっている。この接着剤７０としては弾性系接着剤（例えばシリコーン系接着剤等）が用いられている。

また、ビーム２０の基端部の上下両面におけるビーム支持部材３０の第１端面３０ａと左右１対のガイド部３０ｂとで囲まれた部分には、接着剤７２がそれぞれ塗布されている。この接着剤７２としては弾性系接着剤（例えばシリコーン系接着剤等）が用いられている。

さらに、ビーム２０の基端部の下面とビーム支持部材３０の第１端面３０ａとベースプレート４０の底面壁４２とで囲まれた空間には、接着剤７２を覆うようにして接着剤７４が充填されている。この接着剤７４は、各ガイド部３０ｂの下面３０ｂ１とベースプレート４０の底面壁４２との間にも充填されている。その際、ベースプレート４０の底面壁４２には開口部４２ａが形成されているので、この接着剤７４は、その表面張力によって開口部４２ａを囲むように充填されることとなる。

この接着剤７４は、接着剤７０と同一の弾性系接着剤であって、ビーム支持部材３０をベースプレート４０に組み付ける際に、その底面壁４２に予め塗布されるようになっている。ただし、この接着剤７４は、ビーム支持部材３０をベースプレート４０に組み付けた後においても、必要に応じて開口部４２ａから注入されるようになっている。

ビーム２０の上面には、ベースプレート４０の自由端側の端縁の近傍からビーム２０の自由端の近傍までの間の領域に、平板状のクッション部材５０が貼着等により取り付けられている。このクッション部材５０は、平面視において圧電素子２４よりも僅かに幅の狭い長方形の外形形状を有している。このクッション部材５０は、その厚みが０．４〜０．６ｍｍ程度（例えば０．５ｍｍ程度）の値に設定されている。

図７は、本実施形態に係る圧電型エキサイタ１０の機能を確認するために行った解析の結果を説明する図であって、同図（ａ）は、本実施形態の解析モデルＭ１０の要部を斜め下方から見て示す斜視図であり、同図（ｂ）は、従来例の解析モデルＭ１１０の要部を斜め下方から見て示す斜視図である。

同図（ａ）に示す解析モデルＭ１０は、そのビーム支持部材Ｍ３０が、圧電型エキサイタ１０のビーム支持部材３０に対してやや簡略化された外形形状を有している。すなわち、このビーム支持部材Ｍ３０は、その下面Ｍ３０ｃの全領域が平面で構成されており、ビーム支持部材３０のように長手方向に延びる溝部３０ｆが形成された構成とはなっていない。

だだし、このビーム支持部材Ｍ３０における各ガイド部Ｍ３０ｂの形状および各リブＭ３０ｄの形状は、圧電型エキサイタ１０のビーム支持部材３０の場合と全く同様である。

また、この解析モデルＭ１０のビームＭ２０は、そのシムＭ２２の基端部Ｍ２２ｂが単純な矩形状の基端縁形状を有している点で、圧電型エキサイタ１０のビーム２０と異なっているが、それ以外の構成についてはビーム２０の場合と全く同様である。

そして、この解析モデルＭ１０を駆動したときに、そのビーム支持部材Ｍ３０の下面Ｍ３０ｃに生じる応力を解析した。

具体的には、この解析モデルＭ１０のビーム支持部材Ｍ３０を、圧電型エキサイタ１０のベースプレート４０と同様のベースプレート（図示せず）に対して弾性系接着剤を用いて接着し、かつ、このベースプレートの下面（すなわち励振用パネルへの取付け面）を完全に拘束した状態で、その圧電素子Ｍ２４に電圧を印加してビームＭ２０を振動させた。

同図（ａ）には、ビームＭ２０の振動により、その振幅が最大になったとき、ビーム支持部材Ｍ３０の下面Ｍ３０ｃに生じる垂直応力の応力分布を解析した結果が示されている。その際、この応力分布を示す等応力度曲線における各垂直応力の数値は、指数表記で示されており、その単位はＰａである。また、正の値が圧縮応力であり、負の値が引張応力である。

この解析の結果、最大応力の値は５．３５６１ｅ６Ｐａおよび−１．１６７４ｅ６Ｐａであった。

一方、同図（ｂ）に示す従来例の解析モデルＭ１１０は、そのビーム支持部材Ｍ１３０に、解析モデルＭ１０のビーム支持部材Ｍ３０のような左右１対のリブ３０ｄが形成されていない点を除き、ビームＭ１２０の構成を含めて、解析モデルＭ１０の場合と全く同様の構成を有している。

この解析モデルＭ１１０を、解析モデルＭ１０の場合と同一条件で駆動したときに、そのビーム支持部材Ｍ１３０の下面Ｍ１３０ｃに生じる応力を解析した。その結果、同図（ｂ）に示すような応力分布が得られた。

この解析の結果、最大応力の値は１．０１３４ｅ７Ｐａおよび−２．４８３４ｅ６Ｐａであった。

図７に示す解析結果からも明らかなように、本実施形態の解析モデルＭ１０においては、従来例の解析モデルＭ１１０に比して、駆動したときに生じる最大応力の値が大幅に小さくなっている。これは、ビーム支持部材Ｍ３０の左右両側面に形成された各リブＭ３０ｄにより各ガイド部Ｍ３０ｂの剛性が高められていることによるものと考えられる。

次に本実施形態の作用効果について説明する。

本実施形態に係る圧電型エキサイタ１０においては、ビーム支持部材３０の第１端面３０ａに、シム２２の基端部２２ｂが上下方向に撓まないようにその左右両端部と係合する左右１対のガイド部３０ｂが、自由端側へ向けて突出するように形成されているので、ビーム２０の振動に伴ってビーム支持部材３０がベースプレート４０から受ける反力をビーム２０の長手方向に分散させることができる。そしてこれにより、ビーム支持部材３０における自由端側の端部に反力が集中的に作用してしまうのを未然に防止ことができる。

その上で、本実施形態に係る圧電型エキサイタ１０においては、ビーム支持部材３０の左右両側面に、ビーム２０の長手方向に延びるリブ３０ｄが形成されており、その際、これら各リブ３０ｄは、ビーム支持部材３０の第１端面３０ａをビーム２０の長手方向に跨ぐように形成されているので、これら左右１対のリブ３０ｄの存在により左右１対のガイド部３０ｂの剛性を高めることができる。そして、このようにして剛性を高めることができた分だけ、各ガイド部３０ｂの左右幅を小さくすることができるので、圧電型エキサイタ１０をコンパクトに構成することができる。

その際、各リブ３０ｄは、その側方突出量がベースプレート４０の各側面壁４４の板厚よりも小さい値に設定されているので、これら各リブ３０ｄを形成したことによって圧電型エキサイタ１０の左右幅が増大してしまうのを未然に防止することができる。

このように本実施形態によれば、片持ち梁状のビーム２０を備えた圧電型エキサイタ１０において、コンパクトな構成を維持した上で所期の振動特性を確保することができる。

その際、本実施形態においては、各リブ３０ｄがビーム２０のシム２２と略同じ高さ位置に形成されているので、ビーム２０の振動中心位置に各リブ３０ｄが配置されることとなる。したがって、各ガイド部３０ｂの剛性を効果的に向上させることができる。

本実施形態においては、ベースプレート４０の各側面壁４４が、リブ３０ｄよりも上方まで延びるように形成されているので、圧電型エキサイタ１０を励振用パネル２に取り付けたときの剛性を十分に確保することができる。その際、ベースプレート４０の各側面壁４４には開口部４４ｄが形成されているので、これらを各リブ３０ｄとの干渉を回避するための逃げ部として用いることができる。

しかも、これら各開口部４４ｄは、各リブ３０ｄの上側面３０ｄ１と係合するように形成されているので、ビーム支持部材３０とベースプレート４０との上下方向の位置決めを図ることができる。また、このように各逃げ部が開口部４４ｄで構成されていることにより、逃げ部を形成したことによるベースプレート４０の各側面壁４４の剛性低下を最小限に抑えることができる。さらに、圧電型エキサイタ１０に衝撃荷重が作用したような場合においても、ビーム支持部材３０とベースプレート４０との接着面が剥離してしまうおそれを最小限に抑えることができる。

その際、各リブ３０ｄの下側面３０ｄ２は、斜め上方へ向けて延びる傾斜面で構成されているので、各リブ３０ｄを各開口部４４ｄに嵌め込むことが容易に可能となる。

本実施形態においては、ビーム支持部材３０の下面３０ｃとベースプレート４０の底面壁４２との固定が、弾性系接着剤からなる接着剤７０を用いた接着によって行われているので、ビーム２０の振動に伴ってビーム支持部材３０がベースプレート４０から受ける反力の分散効果を十分高めることができ、かつ、圧電型エキサイタ１０に衝撃荷重が作用したような場合においても、接着面が剥離してしまうおそれを最小限に抑えることができる。

その際、この接着剤７０は、ビーム支持部材３０の下面３０ｃとベースプレート４０の底面壁４２との間で薄く引き延ばされており、両部材は広い面積で貼り合わされた状態となっているので、弾性系接着剤を用いたことによる最低共振周波数Ｆ０におけるＱ値の低下を実用上問題ないレベルに抑えることができる。

また本実施形態においては、ベースプレート４０の底面壁４２における、ビーム支持部材３０の第１端面３０ａから自由端側に離れた位置に、開口部４２ａが形成された構成となっており、そして、ビーム２０の基端部の下面とビーム支持部材３０の第１端面３０ａとベースプレート４０の底面壁４２とで囲まれた空間には接着剤７４が充填されているので、次のような作用効果を得ることができる。

すなわち、接着剤７４の充填により、ビーム２０の振動に伴ってビーム支持部材３０がベースプレート４０から受ける反力を効果的に分散させることができる。そしてこれにより、ビーム２０が大きな振幅で振動したような場合においても、ビーム支持部材３０がベースプレート４０から剥離してしまうおそれを最小限に抑えることができる。

その際、接着剤７４は、その表面張力によって開口部４２ａの周囲に充填されることとなるので、接着剤７４が不用意に広範囲にわたって充填されてしまうことにより最低共振周波数Ｆ０がばらついてしまうのを未然に防止することができる。しかも、この接着剤７４として弾性系接着剤が用いられているので、大きな表面張力を確保することができる。したがって、この接着剤７４を開口部４２ａの周囲に充填することが容易に可能となる。

しかも本実施形態においては、各ガイド部３０ｂの下面３０ｂ１がビーム支持部材３０の下面３０ｃよりも上方側に位置しており、各ガイド部３０ｂの下面３０ｂ１とベースプレート４０の底面壁４２との間にも接着剤７４が充填されているので、上記反力の分散効果を一層高めることができる。

この接着剤７４は、接着剤７０と同一の弾性系接着剤であるので、ビーム支持部材３０をベースプレート４０に組み付ける際に、その底面壁４２に予め塗布しておくことができる。また、ビーム支持部材３０をベースプレート４０に組み付けた後においても、最低共振周波数Ｆ０の調整等のために接着剤７４を開口部４２ａから適量を注入することも可能である。その際、接着剤７４として紫外線硬化型の接着剤を用い、注入された接着剤７４に対して、開口部４２ａを介して紫外線を照射することにより、その硬化を図るようにすることも可能である。そして、このようにすることにより生産性の向上を図ることができる。

さらに本実施形態においては、ビーム２０の基端部の上下両面におけるビーム支持部材３０の第１端面３０ａと左右１対のガイド部３０ｂとで囲まれた部分に、弾性系接着剤からなる接着剤７２がそれぞれ塗布されているので、Ｕ字形のピン６０の開放端部とビーム２０の上下１対の金属箔２６とがハンダ６２によって導通固定されている部分に無理な外力が作用しないようにすることができる。また、このような接着剤７２を塗布しておくことにより、最低共振周波数Ｆ０がばらついてしまうのを未然に防止する効果を一層高めることができる。

したがって本実施形態によれば、図８（ｂ）に示すように、振動力の増大に伴って最低共振周波数Ｆ０が低下して、所期の振動特性が得られなくなってしまうのを未然に防止することができる。そして、図８（ａ）に示すように、振動力の大小にかかわらず最低共振周波数Ｆ０を一定の値に維持することができる。

上記実施形態においては、各リブ３０ｄの側方突出量が、ベースプレート４０の各側面壁４４の板厚よりも小さい値に設定されているものとして説明したが、各側面壁４４の板厚よりも大きい値に設定された構成とすることも可能である。このようにした場合においても、リブ３０ｄを形成したことによって圧電型エキサイタ１０の左右幅が増大する量は、各リブ３０ｄの側方突出量とベースプレート４０の各側面壁４４の板厚との差の２倍分に過ぎないので、圧電型エキサイタ１０の左右幅が増大してしまうのを効果的に抑制することができる。

上記実施形態においては、各リブ３０ｄの長さが、各ガイド部３０ｂの自由端側への突出長さよりもやや短い値に設定されているものとして説明したが、これよりも長い値または短い値に設定された構成とすることも可能である。その際、より長い値に設定すれば、ガイド部３０ｂの剛性をさらに高めることが可能である。

上記実施形態においては、各リブ３０ｄが、その先端面においてシム２２の板厚と略同じ上下幅で形成されているものとして説明したが、これよりも大きい上下幅または小さい上下幅で形成された構成とすることも可能である。その際、より大きい上下幅に設定すれば、ガイド部３０ｂの剛性をさらに高めることが可能である。

上記実施形態においては、ベースプレート４０の底面壁４２に形成された開口部４２ａが、左右方向にやや長い略矩形状に形成されているものとして説明したが、これ以外の形状（例えば、左右方向にやや長い長円形状や楕円形状等）に形成された構成とすることも可能である。

上記実施形態においては、ビーム２０がバイモルフ型のビームとして構成されている場合について説明したが、モノモルフ型や積層型のビームとして構成されている場合においても、上記実施形態の場合と同様の作用効果を得ることができる。

なお、上記実施形態において諸元として示した数値は一例にすぎず、これらを適宜異なる値に設定してもよいことはもちろんである。

２ 励振用パネル
１０ 圧電型エキサイタ
２０ ビーム
２２ シム
２２ａ 端縁
２２ｂ 基端部
２２ｂ１ 最基端部
２４ 圧電素子
２６ 金属箔
３０ ビーム支持部材
３０ａ 第１端面
３０ｂ ガイド部
３０ｂ１、３０ｃ 下面
３０ｄ リブ
３０ｄ１ 上側面
３０ｄ２ 下側面
３０ｅ 位置決めキー
３０ｆ 溝部
４０ ベースプレート
４２ 底面壁
４２ａ 開口部
４４ｂ 切欠き部
４４ｃ カシメ爪
４４ｄ 開口部
４４ 側面壁
４４ａ 上端縁
５０ クッション部材
６０ ピン
６２ ハンダ
７０、７２、７４ 接着剤
Ｍ１０ 解析モデル
Ｍ２０ ビーム
Ｍ２２ シム
Ｍ２２ｂ 基端部
Ｍ２４ 圧電素子
Ｍ３０ ビーム支持部材
Ｍ３０ｂ ガイド部
Ｍ３０ｃ 下面
Ｍ３０ｄ 各リブ

Claims (9)

1. 平板状に形成されたシムの上面および／または下面に圧電素子が固定されてなるビームと、このビームを片持ち梁状に支持するビーム支持部材と、このビーム支持部材の下面に固定されたベースプレートとを備え、上記ベースプレートの下面において励振用パネルに取り付けられるように構成された圧電型エキサイタにおいて、
   上記ベースプレートが、上記ビーム支持部材の下面に沿って延びる底面壁と、上記ビーム支持部材の左右両側において立ち上がる左右１対の側面壁とを備えており、
   上記ビーム支持部材における上記ビームの自由端側の第１端面に、上記シムの基端部が上下方向に撓まないように該基端部の左右両端部と係合する左右１対のガイド部が、上記ビームの自由端側へ向けて突出するように形成されており、
   上記ビーム支持部材の左右両側面に、上記ビームの長手方向に延びるリブが、該ビーム支持部材の第１端面を上記長手方向に跨ぐように形成されている、ことを特徴とする圧電型エキサイタ。
2. 上記各リブが、上記シムと略同じ高さ位置に形成されている、ことを特徴とする請求項１記載の圧電型エキサイタ。
3. 上記ベースプレートの各側面壁が、上記ビーム支持部材の第１端面の位置において上記リブよりも上方まで延びるように形成されており、
   上記ベースプレートの各側面壁に、上記各リブとの干渉を回避するための逃げ部が形成されている、ことを特徴とする請求項１または２記載の圧電型エキサイタ。
4. 上記ベースプレートの各逃げ部が、上記各リブの上側面と係合するように形成された開口部で構成されている、ことを特徴とする請求項３記載の圧電型エキサイタ。
5. 上記各リブの下側面が、斜め上方へ向けて延びる傾斜面で構成されている、ことを特徴とする請求項４記載の圧電型エキサイタ。
6. 上記ベースプレートの底面壁における、上記ビーム支持部材の第１端面から上記ビームの自由端側に離れた位置に、開口部が形成されており、
   上記ビームの基端部の下面と上記ビーム支持部材の第１端面と上記ベースプレートの底面壁とで囲まれた空間に接着剤が充填されている、ことを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の圧電型エキサイタ。
7. 上記各ガイド部の下面が、上記ビーム支持部材の下面よりも上方側に位置しており、
   上記各ガイド部の下面と上記ベースプレートの底面壁との間にも上記接着剤が充填されている、ことを特徴とする請求項６記載の圧電型エキサイタ。
8. 上記接着剤として、弾性系接着剤が用いられている、ことを特徴とする請求項７記載の圧電型エキサイタ。
9. 上記ビーム支持部材の下面と上記ベースプレートの底面壁とが、弾性系接着剤で接着されている、ことを特徴とする請求項１〜８いずれか記載の圧電型エキサイタ。

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