JP2014104463A - 圧電振動モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】圧電素子が活性化される場合、圧電素子の外部衝撃及び／または不測の異常駆動変位による内部構成部材間の直接的な衝突を防止または緩和することができる圧電振動モジュールを提供する。
【解決手段】本発明の圧電振動モジュール１００は、外部電源の印加によって膨張及び収縮変形を繰り返して振動力を生成する圧電素子１２３と、下部が開放されており、圧電素子１２３が線形に振動するように内部空間を形成する上部ケース１１０と、上部ケース１１０の下部に結合され、上部ケース１１０の下部を覆う下部ケース１４０と、圧電素子１２３が取り付けられる平坦なプレート１２１を備え、上部ケース１１０と下部ケース１４０の内部に配置されて上下方向に駆動する振動プレート１２０と、からなり、振動プレート１２０は、プレート１２１の平坦面に第１弾性部材１２４を備えるものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、圧電振動モジュールに関する。

通常、携帯電話、電子ブック（Ｅ−ｂｏｏｋ）端末、ゲーム機、ＰＭＰなどの携帯用電子機器において、振動機能が様々な用途に活用されている。

特に、このような振動を発生させるための振動発生装置は、主に、携帯用電子機器に搭載され、無音の着信信号である警報機能として利用されている。

このような携帯用電子機器の多機能化に伴い、現在、振動発生装置においても小型化だけでなく集積化及び様々な高機能化が求められている状況である。

さらに、近年、携帯用電子機器を簡便に使用しようとするユーザの要求により、携帯用電子機器をタッチして入力するタッチ方式のデバイスが一般的に採択されている。

現在、一般に通用しているハプティックデバイスは、タッチして入力する概念の他にも、インターフェースユーザの直観的な経験を反映して、タッチに対するフィードバックをより多様化する概念まで広範囲にわたるものである。

例えば、特許文献１には、ハプティックデバイスの一例である圧電素子を用いる圧電リニアモータが開示されており、この圧電リニアモータは、圧電素子とベース部との間にバネ部材を設けている。

このバネ部材は、圧電素子をアクチュエータからカバーに向かって加圧するように、持続的な弾発力を提供することができる圧縮コイルバネである。バネ部材の弾発力は、圧電素子をカバーに密着させる役割をする。

当該分野の熟練者に公知されているように、セラミック素材の圧電素子は、高周波信号の印加により発生する振動によって駆動力を提供するが、振動する圧電素子と、これを囲んでいるカバー及び／またはベース部との不要な衝突によって破損されやすい。

しかし、上述の構造からなる特許文献１による圧電リニアモータは、並進運動可能な圧電素子の特性を考慮していないという限界を有する。

特開２０００−２７８９７４号公報

本発明は、上述の問題点を解決するために導き出されたものであって、圧電素子が活性化される場合、圧電素子の外部衝撃及び／または不測の異常駆動変位による内部構成部材間の直接的な衝突を防止または緩和することができる圧電振動モジュールを提供することを目的とする。

上記の目的を果たすために、本発明による圧電振動モジュールは、外部電源の印加によって膨張及び収縮変形を繰り返して振動力を生成する圧電素子と、下部が開放されており、圧電素子が線形に振動するように内部空間を形成する上部ケースと、この上部ケースの下部に結合され、上部ケースの下部を覆う下部ケースと、圧電素子が取り付けられる平坦なプレートを備え、上部ケースと下部ケースの内部に配置されて上下方向に駆動する振動プレートと、からなり、前記振動プレートは、プレートの平坦面に第１弾性部材を備えることを特徴とする。

好ましくは、振動プレートは、平坦なプレートと、このプレートの両側面の中心から垂直上方に立設された一対の支持台と、圧電素子の振動力を増大させるために、一対の支持台の間に配置される重量体と、を備える。

第１弾性部材は、プレートの一部を切り取って形成され、上向きに突出した板状の折曲部からなっている。

また、第１弾性部材は、重量体の駆動変位に影響を与えないように、プレートの中心部から両端部に向かって上向きに傾斜して形成されている。

第１弾性部材は、プレートの中心部を除いたプレートの平坦面の一側端部または両側端部に配置されることができる。

下部ケースは、その一部を切り取って形成され、上向きに突出した板状の折曲部からなる第２弾性部材を備える。

第２弾性部材は、最大駆動変位する圧電素子が下部ケースと衝突しないように、下部ケースの中心部から両端部に向かって上向きに傾斜して形成されている。また、第２弾性部材は、下部ケースの中心部を除いた下部ケースの一側端部または両側端部に配置されることができる。

上部ケースは、その一部を切り取って形成され、下向きに突出した板状の折曲部からなる第３弾性部材を備える。

第３弾性部材は、上部ケースの中心部から両端部に向かって下向きに傾斜して形成される。

選択的に、前記圧電振動モジュールは、第１弾性部材と重ならないように重量体と振動プレートとの間に配置され、軟性材料からなる第１ダンパをさらに備えることができる。

選択的に、前記圧電振動モジュールは、第２弾性部材と重ならないように下部ケースの上部面に配置され、軟性材料からなる第２ダンパをさらに備えることができる。

選択的に、第３弾性部材と重ならないように上部ケースの下部面に配置され、軟性材料からなる第３ダンパをさらに備えることができる。

上述したように、本発明によると、圧電素子の膨張と収縮により駆動変位する駆動体と他の構成部材との間の衝撃を緩和することができるように、一つ以上の弾性部材が提供される。

時に、本発明に備えられるそれぞれの弾性部材は、重量体及び／または圧電素子が取り付けられた振動プレートからなる駆動体の駆動変位に対応して形成されているため、駆動変位に与えられる影響を最小化して、タッチによる振動発生を媒介とするハプティックの直観的経験を保障することができる。

特に、本発明による各弾性部材は、構成部材の一部を切り取って形成された板状の折曲部からなるため、圧電振動モジュールのスリム化及び軽量化を図ることができる。

また、本発明による圧電振動モジュールは、従来技術による圧電振動モジュールを別に設計変更しなくても、単純に平坦な一部面を折曲させることにより製造されることができる。

さらに、本発明は、落下衝撃にも耐えることができる堅質の剛性材料からなる弾性部材とともに、軟性材料のダンパをさらに備えることができる。

本発明の圧電振動モジュールを上から見た斜視図である。 図１に図示された圧電振動モジュールの分解斜視図である。 振動プレートの駆動状態を概略的に図示した図面である。 本発明の第１実施例による圧電振動モジュールの断面図である。 図４で上部ケースを除去した圧電振動モジュールの斜視図である。 本発明の第２実施例による圧電振動モジュールの断面図である。 図６に図示された圧電振動モジュールを下から見た斜視図である。 本発明の第３実施例による圧電振動モジュールを概略的に図示した断面図である。 図８に図示された圧電振動モジュールを上から見た斜視図である。

本発明の目的、特定の長所及び新規の特徴は、添付図面に係る以下の詳細な説明及び好ましい実施例によってさらに明らかになるであろう。本明細書において、各図面の構成要素に参照番号を付け加えるに際し、同一の構成要素に限っては、たとえ異なる図面に示されても、できるだけ同一の番号を付けるようにしていることに留意しなければならない。また、「一面」、「他面」、「第１」、「第２」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用いられるものであり、構成要素が前記用語によって限定されるものではない。以下、本発明を説明するにあたり、本発明の要旨を不明瞭にする可能性がある係る公知技術についての詳細な説明は省略する。

以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明の圧電振動モジュールを上から見た斜視図であり、図２は、図１に図示された圧電振動モジュールの分解斜視図である。

図示されたように、本発明の圧電振動モジュール１００は、上部ケース１１０と、圧電素子１２３を備える振動プレート１２０と、重量体１３０と、下部ケース１４０と、からなるものである。

このような圧電振動モジュール１００は、タッチスクリーンパネル（ｔｏｕｃｈ ｓｃｒｅｅｎ ｐａｎｅｌ、不図示）に振動力を伝達するための手段として用いられる。

上部ケース１１０は、一側面が開放された箱状からなっており、その内部空間に、駆動体、具体的には圧電素子１２３が取り付けられた振動プレート１２０を収容することができる。

振動プレート１２０は、平坦なプレート１２１及び圧電素子１２３を備えており、圧電素子１２３と一体に膨張及び収縮変形を繰り返して、バンディング作動によって圧電素子１２３の振動力を外部部品に伝達する役割をすることができる。図示されたように、プレート１２１の平坦な下部面には圧電素子１２３が取り付けられ、プレート１２１の上部面には、重量体１３０を配置することができる。この振動プレート１２０は、圧電素子１２３を駆動するための電源を印加するＰＣＢ（不図示）を備えることができる。

選択的に、振動プレート１２０は、上述の平坦なプレート１２１とともに、このプレート１２１の両側面から垂直方向に立設されている一対の支持台１２２を備えることができる。支持台１２２は、プレート１２１の中心部に固定される。プレート１２１と支持台１２２は、一体型の単一部品からなってもよく、これと異なって様々な接合方式により固定結合されてもよい。

振動プレート１２０は、外部電源の印加によって膨張及び収縮変形を繰り返す圧電素子１２３と一体に変形することができるように、弾性力を有する金属材料、例えば、ＳＵＳからなる。また、振動プレート１２０と圧電素子１２３がボンディング結合方式により互いに結合される場合、接合部材の硬化によって発生しうるバンディング（ｂｅｎｄｉｎｇ）現象を予め防止するために、圧電素子の熱膨張係数と類似の熱膨張係数を有する材料であるインバー（ｉｎｖａｒ）で振動プレート１２０を製作することもできる。

上述したように、振動プレート１２０を圧電素子１２３と類似の熱膨張係数を有するインバー材料で形成することにより、圧電素子１２３は、高温の外部環境下で作動時または熱衝撃時に発生する熱的ストレス（ｔｈｅｒｍａｌ ｓｔｒｅｓｓ）が減少されるため、電気的特性が低下する圧電劣化現象を防止することができる。

一対の支持台１２２は、例えば、プレート１２１の幅だけ互いに平行に配列されており、一対の支持台１２２の間に重量体１３０を配置することができる。重量体１３０は、振動力を最大に増大させるための媒介物であり、振動プレート１２０のプレート１２１との接触を防止するために、重量体１３０の中心部から両端部に向かって上向きに傾斜して形成される。従って、支持台１２２も重量体１３０の形状と同様に、支持台１２２の中心部から両端部に向かって上向きに傾斜して形成される。

上述したように、振動プレート１２０に支持台１２２を備えている構造では、重量体１３０がプレート１２１と接触していないため、圧電素子１２３をプレート１２１の上部面上に配置することもできる。

参照に、重量体１３０は、金属材料で製作することができ、同一体積で相対的に高い密度を有するタングステンで製作することが好ましい。

下部ケース１４０は、図示されたように、全体的に細長い平坦な形状のプレートに形成され、上部ケース１１０の開放された下部面を覆って閉鎖することができるサイズ及び形状を有するように形成されている。

上部ケース１１０と下部ケース１４０は、当該分野の熟練者において公知されているかしめ（ｃａｕｌｋｉｎｇ）、熔接またはボンディングなどの様々な方式により結合することができる。

図３は、外部電源の印加によって膨張及び収縮変形を起こす圧電素子を媒介として振動プレートが駆動する過程を概略的に図示した図面である。

参照に、駆動体（振動プレート１２０及び／または重量体１３０）を上から見て図示しているため、振動プレート１２０の下部に配列された圧電素子は、図面で省略されている。

図３の（ｂ）は、外部電源が印加される前の駆動体（振動プレート１２０及び重量体１３０）のみを図示したものである。

図３の（ａ）は、電源印加時に圧電素子の長さが収縮される場合の振動プレート１２０を図示したものであり、圧電素子の長さが減少すると、プレート１２１は、上側に曲げられて駆動することになる。

圧電素子の収縮中に、重量体１３０と上部ケースが非常に近接して配置される。もし、振動プレート１２０で許容範囲を外れた大きい駆動変位が発生すると、重量体１３０と上部ケース１１０（図２参照）が衝突することになる。このような衝突による衝撃力が圧電素子に伝達されると、圧電素子に悪影響が与えられ損傷する恐れがある。従って、本発明は、許容範囲を外れた振動プレート１２０の駆動変位にもかかわらず、衝撃力を緩和させることができる弾性部材を重量体１３０と上部ケース１１０との間に介在させることを特徴とし、以下でより詳細に説明する。

図３の（ｃ）は、電源印加時に圧電素子の長さが膨張される場合の振動プレート１２０を図示したものである。

圧電素子の長さが長くなると、プレート１２１は、相対的に小さい変形率を有して、下部ケース１４０（図２参照）の両端部に固定されているため、振動プレート１２０は、下側に曲げられて駆動することになる。

圧電素子の膨張中に、振動プレート１２０と重量体１３０、及び振動プレート１２０と下部ケースが互いに近接して配置される。もし、振動プレート１２０で許容範囲を外れた大きい駆動変位が発生すると、プレート１２１と下部ケース１４０（図２参照）及び／または重量体１３０が衝突することになる。このような衝突による衝撃力が圧電素子に伝達されると、圧電素子に悪影響が与えられ損傷する恐れがある。

従って、本発明は、許容範囲を外れた振動プレート１２０の駆動変位にもかかわらず、衝撃力を緩和させることができる弾性部材を、重量体１３０と振動プレート１２０のプレート１２１との間、及びプレート１２１と下部ケース１４０との間に介在させることを特徴とし、以下でより詳細に説明する。

図４は、本発明の第１実施例による圧電振動モジュールの断面図であり、図５は、図４で上部ケースを除去した圧電振動モジュールの斜視図である。

図４及び図５を参照すると、本発明の第１実施例による圧電振動モジュール１００は、重量体１３０を備えた振動プレート１２０に、第１弾性部材１２４を備えることを特徴とする。具体的には、第１弾性部材１２４は、振動プレート１２０のプレート１２１上に備える。

図４及び図５に図示されたように、第１弾性部材１２４は、プレート１２１の一部を切り取って形成された板状の折曲部からなることができ、これに限定されず、公知の弾性バネをプレート１２１上に採用することもできる。

第１弾性部材１２４は、上述されたように、プレート１２１を折曲させることにより形成されたものであり、プレート１２１と一体に形成されるとともに、同一材料からなるため、分離または解体されることなく、信頼できる耐久性を有する。

本発明の第１弾性部材１２４は、プレート１２１と重量体１３０の衝突を防止するために、プレート１２１の上部面に備える。特に、第１弾性部材１２４は、重量体１３０の駆動変位に影響を与えないように、プレート１２１の中心部から両端部に向かって上向きに傾斜して形成される。

第１弾性部材１２４の一端部は、図示されたように、重量体１３０または支持台１２２と接触させたり、または所定間隔を置いて離隔するように配列することができる。

図３の（ｃ）に図示されたように、重量体１３０とプレート１２１が不要に衝突する場合、重量体１３０が先に第１弾性部材１２４と接触し、第１弾性部材１２４は折曲部の形状による板バネ構造または弾性力を有する金属材料からなっているため、重量体１３０の下方への移動距離を減少させて、プレート１２１に加えられる衝撃を最小化することができる。

第１弾性部材１２４は、図示されたように、プレート１２１の一部を切り取って形成されたものである。従って、本発明によると、別の弾性部品が不要であるため、材料費を低減することができるだけでなく、取り付けによる作業工数を著しく減少させることができる。これにより、本発明の圧電振動モジュールのスリム化（ｓｌｉｍ）及び軽量化を図ることができる。

また、第１弾性部材１２４は、プレート１２１の一側または両側端部に配列することができる。

さらに、本発明の第１実施例による圧電振動モジュールは、重量体１３０の下部面の両端部に配置された第１ダンパ１２５をさらに備えることができる。第１ダンパ１２５は、これに限定されず、プレート１２１の上部面に備えてもよい。第１ダンパ１２５は、第１弾性部材１２４と同様に、プレート１２１と重量体１３０の衝撃力を緩和させることを目的とする。そのために、第１ダンパ１２５は、ゴムなどの軟性材料を含む様々な材料からなることができる。

第１ダンパ１２５は、第１弾性部材１２４と重ならないように配列することが好ましい。

図６は、本発明の第２実施例による圧電振動モジュールの断面図であり、図７は、図６に図示された圧電振動モジュールを下から見た斜視図である。

図６及び図７を参照すると、本発明の第２実施例による圧電振動モジュール１００は、下部ケース１４０に第２弾性部材１４４を備えることを特徴とする。具体的には、第２弾性部材１４４は、下部ケース１４０上に備える。

図６及び図７に図示されたように、第２弾性部材１４４は、下部ケース１４０の一部を切り取って形成された板状の折曲部からなることができ、これに限定されず、公知の弾性バネを下部ケース１４０上に採用することもできる。

振動プレート１２０は、図示されたように、下部ケース１４０と所定間隔を置いて平行に離隔されている。好ましくは、下部ケース１４０の両端部に上部に突出した結合端１４２を備え、平坦なプレート１２１の両端部を、下部ケース１４０の結合端１４２上に載置して位置固定される。換言すれば、圧電振動モジュール１００は、下部ケース１４０の結合端１４２によって、振動プレート１２０と下部ケース１４０との間を離隔させて、空間を形成するように構成される。

これと異なって、プレート１２１は、その両端部から下側に段差状をなしている段差部（不図示）によって、下部ケース１４０の両端部上に載置させて位置固定することができる。

上述されたように、本発明の第２弾性部材１４４は、振動プレート１２０、特にプレート１２１と下部ケース１４０の衝突を防止するために、下部ケース１４０の上部面に備えられる。特に、第２弾性部材１４４は、振動プレート１２０の駆動変位に影響を与えないように、下部ケース１４０の中心部から両端部に向かって上向きに傾斜して形成される。

第２弾性部材１４４の一端部は、図示されたように、プレート１２１と接触させたり、または所定間隔を置いて離隔されるように配列することができる。

図３の（ｃ）に図示されたように、圧電素子１２３の膨張によって振動プレートのプレート１２１と下部ケース１４０が接触する場合、プレート１２１が先に第２弾性部材１４４と接触し、第２弾性部材１４４は、図示されたように、折曲部の形状による板バネ構造または弾性力を有する金属材料からなっているため、振動プレート１２０の下方への移動を制限して、圧電素子１２３に与えられる衝撃を最小化することができる。

第２弾性部材１４４は、下部ケース１４０の一部を切り取って形成され、この下部ケース１４０の一側または両側端部に配列することができる。

さらに、本発明の第２実施例による圧電振動モジュールは、下部ケース１４０の上部面の両端部に配置された第２ダンパ１４５をさらに備えることができる。

第２ダンパ１４５は、第２弾性部材１４４と同様に、プレート１２１と下部ケース１４０の接触を防止し、衝撃力を緩和させることを目的とする。そのため、第２ダンパ１４５は、ゴムなどの軟性材料を含む様々な材料からなることができる。

第２ダンパ１４５は、第２弾性部材１４４と重ならないように配列することが好ましい。

図８及び図９は、本発明の第３実施例による圧電振動モジュールを概略的に図示した図面であり、上述の本発明の第１実施例による圧電振動モジュール及び本発明の第２実施例による圧電振動モジュールと類似または同一の構成部材についての説明は、以下省略する。

本発明の第３実施例による圧電振動モジュール１００は、上部ケース１１０の一部を切り取って形成された第３弾性部材１１４を備える。第３弾性部材１１４は、下側に傾斜して形成され、図３の（ａ）に図示されたように、圧電素子１２３の膨張及び収縮変形による重量体１３０と上部ケース１１０の衝突を防止することができる。

第３弾性部材１１４の一端部は、重量体１３０または支持台１２２と接触させたり、または所定間隔を置いて離隔されるように配列することができる。図３の（ａ）に図示されたように、重量体１３０と上部ケース１１０が接触する場合、重量体１３０が先に第３弾性部材１１４と接触し、第３弾性部材１１４は、図示されたように、折曲部の形状による板バネ構造または弾性力を有する金属材料からなっているため、重量体１３０の上方への移動を制限して、上部ケース１１０との衝撃を最小化し、落下信頼性を保障することができる。

好ましくは、第３弾性部材１１４は、重量体１３０の駆動変位に影響を与えないように、上部ケース１１０の中心部から両端部に向かって下向きに傾斜して形成するとともに、この上部ケース１１０の一側または両側端部に配列することができる。

さらに、本発明の第３実施例による圧電振動モジュールは、上部ケース１１０の下部面の両端部に配置される第３ダンパ１１５をさらに備えることができる。第３ダンパ１１５は、ゴムなどの軟性材料を含む様々な材料からなって、衝撃力の緩和を果たすことができる。

第３ダンパ１１５は、第３弾性部材１１４と重ならないように配列することが好ましい。

以上、本発明を具体的な実施例に基づいて詳細に説明したが、これは本発明を具体的に説明するためのものであり、本発明はこれに限定されず、該当分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想内にての変形や改良が可能であることは明白であろう。

本発明の単純な変形乃至変更はいずれも本発明の領域に属するものであり、本発明の具体的な保護範囲は添付の特許請求の範囲により明確になるであろう。

本発明は、圧電振動モジュールに適用可能である。

１００ 圧電振動モジュール
１１０ 上部ケース
１１４ 第３弾性部材
１１５ 第３ダンパ
１２０ 振動プレート
１２１ プレート
１２２ 支持台
１２３ 圧電素子
１２４ 第１弾性部材
１２５ 第１ダンパ
１３０ 重量体
１４０ 下部ケース
１４４ 第２弾性部材
１４５ 第２ダンパ

Claims (12)

1. 外部電源の印加によって膨張及び収縮変形を繰り返して振動力を生成する圧電素子と、
   下部が開放されており、前記圧電素子が線形に振動するように内部空間を形成する上部ケースと、
   前記上部ケースの下部に結合され、前記上部ケースの下部を覆う下部ケースと、
   前記圧電素子が取り付けられる平坦なプレートを備え、前記上部ケースと下部ケースの内部に配置されて上下方向に駆動する振動プレートと、からなり、
   前記振動プレートは、前記プレートの平坦面に第１弾性部材を備える圧電振動モジュール。
2. 前記第１弾性部材は、前記プレートの一部を切り取って形成され、上向きに突出した板状の折曲部からなっている請求項１に記載の圧電振動モジュール。
3. 前記第１弾性部材は、前記プレートの中心部から両端部に向かって上向きに傾斜して形成されている請求項１に記載の圧電振動モジュール。
4. 前記第１弾性部材は、前記プレートの平坦面の一側端部または両側端部に備えられる請求項１に記載の圧電振動モジュール。
5. 前記振動プレートは、前記平坦なプレートと、前記プレートの両側面の中心から垂直上方に立設された一対の支持台と、前記圧電素子の振動力を増大させるために、前記一対の支持台の間に配置される重量体と、を備える請求項１に記載の圧電振動モジュール。
6. 前記下部ケースは、前記下部ケースの一部を切り取って形成され、上向きに突出した板状の折曲部からなる第２弾性部材を備える請求項１に記載の圧電振動モジュール。
7. 前記第２弾性部材は、前記下部ケースの中心部から両端部に向かって上向きに傾斜して形成されている請求項６に記載の圧電振動モジュール。
8. 前記上部ケースは、前記上部ケースの一部を切り取って形成され、下向きに突出した板状の折曲部からなる第３弾性部材を備える請求項１に記載の圧電振動モジュール。
9. 前記第３弾性部材は、前記上部ケースの中心部から両端部に向かって下向きに傾斜して形成されている請求項８に記載の圧電振動モジュール。
10. 前記重量体と前記振動プレートのプレートとの間に配置された第１ダンパをさらに備える請求項５に記載の圧電振動モジュール。
11. 前記下部ケースの上部面に配置された第２ダンパをさらに備える請求項１に記載の圧電振動モジュール。
12. 前記上部ケースの下部面に配置された第３ダンパをさらに備える請求項１に記載の圧電振動モジュール。

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