JP2015149663A - 振動伝達装置及び圧電スピーカ - Google Patents

Abstract

【課題】 振動伝達効率を確保しつつ、落下等の衝撃にも耐え得る振動伝達装置及び圧電スピーカとすること。【解決手段】 錘部５の変位は、支持台２の内周面により規制され、圧電素子２を押圧し、錘部５と支持台２の内周面における実装部２０と接触させたときの圧電素子１の変位は、屈曲振動振幅より大で、かつ、圧電素子１が弾性変形できる上限の変位より小であり、実装部２０を実装する被実装体に圧電素子１の振動を伝達する振動伝達装置とする。【選択図】図２

Description

本発明は、被実装体に可聴域を含む振動を伝達する振動伝達装置、及び被実装体より発音する圧電スピーカに関する。

錘近傍を慣性中心として、圧電素子による振動を伝達する振動伝達装置の提案がなされている。

例えば特許文献１の段落００１０や図７等には、円形の圧電振動子の中央部に錘を取り付けることで、圧電振動子の振動が直接被実装体であるケースに伝達される構成が開示されている。

特開平７−２１３９９７号公報

特許文献１中図７の構成で、錘により慣性中心を圧電素子の振動部に近づけ、振動伝達効率を向上させた場合、圧電素子が慣性力を受け易くなるため、落下等の衝撃に耐え得る圧電素子を構成することが困難であるという課題がある。

本発明は、振動伝達効率を確保しつつ、落下等の衝撃にも耐え得る振動伝達装置及び圧電スピーカの提供を目的とする。

上記課題を本発明は、屈曲振動を行う矩形板状の圧電素子と、実装部及び支持部を備える支持台と、錘部を備え、前記圧電素子は、前記支持部に支持固定され、前記錘部における被固定部は、前記圧電素子における圧電振動をする部分に直接又は前記支持部を介して固定され、前記錘部は、前記支持台の内部空間に配置され、前記被固定部以外は前記支持台より離間し、前記錘部の変位は、前記支持台の内周面により規制され、前記圧電素子を押圧し、前記錘部と前記支持台の内周面における実装部と接触させたときの前記圧電素子の変位は、前記屈曲振動の振幅より大で、かつ、前記圧電素子が弾性変形できる上限の変位より小であり、前記実装部を実装する被実装体に前記圧電素子の振動を伝達する振動伝達装置により解決することができる。

これは、支持台の内側に錘部を内包することで、錘部の過度の変位を支持台の内側、特に実装部で規制することができ、圧電素子の損傷を未然防止することができるためである。

また、前記支持台は、折り曲げた金属板により一体に構成され、前記圧電素子は、前記支持台の外周面における前記支持部上に支持固定されていることが望ましい。

これは、折り曲げた金属板で支持台を構成することで、小型でも充分な製品強度を得ることができるためである。

また、前記支持台の外周面における前記実装部には粘着部が設けられ、被実装体に粘着固定可能であることが望ましい。

これは、圧電素子の中央近傍から押圧すると、錘が実装部の内周面に接触することで押圧力が伝達され、これにより底面となる実装部外周面全体に均一な押圧が可能となり、粘着面全体が被実装体に密着し、十分な強度で被実装体に粘着固定することができるためである。

また、前記被固定部の固定は、接着剤により行うことが望ましい。

これは、接着剤の硬化前に、錘部と支持台の離間距離を調整することができ、錘部の変位規制を精度良く行うことができるためである。

また、前記被固定部を固定する前記接着剤は、硬化後に弾性を有することが望ましい。

これは、接着剤に弾性を持たせることで、振動伝達装置に落下等の衝撃が加わっても、圧電素子への錘部からの衝撃が緩和されるため、圧電素子を保護することができるためである。

また、前記支持台は、第１支持部より第１連結部、前記実装部、第２連結部を介して第２支持部まで一体成形され、前記第１支持部と前記第２支持部は離間配置され、前記圧電素子の両端は、前記支持台の外面であって、前記第１支持部と前記第２支持部上にそれぞれ接着剤により固定され、前記錘部における被固定部は、前記圧電素子における圧電振動をする中央部に直接固定されていることが望ましい。

これは、接着剤の硬化前に、圧電素子と支持台の離間距離を調整することができ、錘部の過度の変位規制を精度良く行うことができるためである。

また、前記錘部は、前記第１支持部と前記第２支持部の間を挿通可能であるが望ましい。

これは、錘部を第１支持部と第２支持部の間より挿通可能にすることで、組み立て工程の作業性が向上するためである。

また、前記錘部は、被固定部における面積よりも、前記実装部に対向する部分の面積が大きいことが望ましい。

これは、錘部は、圧電素子の屈曲振動を阻害しないよう被固定部の面積は小さくするべきであることによる。その一方で、圧電素子中央部を慣性中心とするよう作用すべきであるため、錘部の質量を確保するために実装部に対向する部分の面積を大きくするべきであることによる。

また、上記振動伝達装置を実装し、被実装体の少なくとも一部より発音する圧電スピーカを構成しても良い。

本発明により、錘の衝撃による変位を規制することで圧電素子が保護され、また、折り曲げた金属板により支持部を構成することで組み立て作業性が良く、被実装体へ充分な強度で粘着固定可能であり、小型で充分な製品強度を有する振動伝達装置を提供するごとができる。

本発明における振動伝達装置の平面図である。 本発明における振動伝達装置の断面図であり、図１におけるＡＡ面の断面に対応する。 本発明における振動伝達装置を実装する状態を示す断面図である。 本発明における振動伝達装置の組み立て状態を示す断面図である。 本発明における振動伝達装置の音圧と周波数の関係を示す図である。

図１は、本発明における振動伝達装置の平面図である。

本実施形態における振動伝達装置は、屈曲振動を行う矩形板状の圧電素子１と、圧電素子１を支持する支持台２を備えている。

また、圧電素子１は、その駆動電極とフレキシブルプリント基板であるＦＰＣ１０が導電接続され、ＦＰＣ１０は図示されない外部駆動回路と導電接続され、圧電素子１の屈曲運動を可能とする。

また、図１では図示されない両面粘着テープのセパレータ３が導出されている。

図２は、本発明における振動伝達装置の断面図であり、図１におけるＡＡ面の断面に対応する。

圧電素子は、圧電体部１１と、弾性保護部１２により構成されている。

圧電体部１１の中央部には接着部４０により錘部５が接着固定されている。

支持台２の外周面における実装部２０上には、両面粘着テープ３０が粘着固定され、両面粘着テープ３０の実装面にセパレータ３が貼り付けられている。

セパレータ３は、両面粘着テープ３０との貼り付け部から延長した部分を有し、この部分よりセパレータ３を剥離することができる。

支持台２の外周面における支持部２１、２２上には、接着部４１、４２により圧電体部１１が接着固定されている。

すなわち、圧電体部１１の両端部は、接着部４１、４２を介して支持部２１、２２に固定されている。

錘部５の底面５０は、支持台２の内周面における実装部２０と対面し、その間隔は、圧電体部１１の屈曲振動に起因する振幅よりも大きく、圧電体部１１が弾性変形できる上限の変位より小さい。

これにより、圧電体部１１の圧電振動を阻害せずに、錘部５の過度の変位、すなわち圧電体部１１中央部の過度の変位を規制し、圧電体部１１の損傷を未然防止することができる。

また、接着部４０、４１、４２に弾性を持たせることで、振動伝達装置に落下等の衝撃が加わっても、圧電体部１１への錘部５からの衝撃が緩和されるため、圧電体部１１の保護を強化することができる。

ここで、錘部５は、圧電体部１１の屈曲振動を阻害しないよう被固定部の面積は小さいことが望ましく、圧電体部１１の中央部を慣性中心とするよう作用すべきであるため、錘部５の質量を確保するために実装部に対向する底面５０の面積を、少なくとも被固定部の面積より大きくすることが望ましい。

図３は、本発明における振動伝達装置を実装する状態を示す断面図である。

すなわち、図３は、図２における振動伝達装置のセパレータを剥離し、被実装体６に実装する状態を示している。

実装の際、弾性保護部１２を介して圧電体部１１の中央部を押圧することで錘部５の底面５０が、支持台２の内周面における実装部２０と接触し、押圧力が両面粘着テープ３０を被実装体６に押し付けるように加わるため、両面粘着テープ３０の粘着面全体が被実装体６に密着し、十分な強度で被実装体６に振動伝達装置を粘着固定することができる。

ここで、圧電体部１１の変位は、前述の通り弾性変形できる上限の変位より小さいため、このような実装方法であっても、圧電体部１１の損傷が起きることはない。

図４は、本発明における振動伝達装置の組み立て状態を示す断面図である。

すなわち図４は、図２における振動伝達装置の組み立て状態を示している。

最初に、接着剤を塗布し、硬化させることで、圧電体部１１の中央部と錘部５を、接着部４０を介して接着させる。

次に、支持台２の内周面における実装部２０上にスペーサ７を載せ、支持台２の外周面における支持部２１、２２上に接着剤４１０、４２０を塗布する。

ここで、支持部２１、２２の間隔が、錘部５の底面５０よりも広くなるよう構成しているため、スペーサ７上に錘部５の底面５０を載せることができ、支持部２１、２２と圧電体部１１の両端部の間が接着剤４１０、４２０で満たされる。

さらに、接着剤４１０、４２０を熱等により硬化させ、その後スペーサ７を除く。

最後に、セパレータ３の付いた両面粘着テープ３０を、支持台２の外周面における実装部２０上に貼り付けて図２の振動伝達装置が完成する。

このように、本実施形態の振動伝達装置は、作業性良く組み立てることができる。

また、接着剤４１０、４２０の硬化前に、錘部と支持台の離間距離を調整することができ、錘部の変位規制を精度良く行うこともできる。

これにより、スペーサ７により、錘部５の底面５０と、支持台２の内周面における実装部２０との距離を一定に保ったまま、接着剤４１０、４２０を硬化させることができる。

すなわち、屈曲振動を行う矩形板状の圧電素子１と、実装部２０及び支持部２１、２２が一体成形された支持台２と、錘部５を備え、圧電素子１は、支持部２１、２２に支持固定され、錘部５における被固定部は、圧電素子１における圧電振動をする部分に固定され、錘部５は、支持台２により内包され、被固定部以外は支持台２より離間し、錘部５の変位は、支持台２の内周面により規制され、圧電素子１を押圧し、錘部５と支持台２の内周面における実装部２０と接触させたときの圧電素子１の変位は、屈曲振動の振幅より大で、かつ、圧電素子１が弾性変形できる上限の変位より小であり、実装部２０を実装する被実装体６に圧電素子１の振動を伝達する振動伝達装置の実施形態を取り得る。

これにより、支持台２の内側に錘部５を内包することで、錘部５の過度の変位を支持台２の内側、特に実装部２０で規制することができ、圧電素子１の損傷を未然に防止することができる。

圧電体部１１は、長さ２３ｍｍ、幅３．３ｍｍ、厚さ１．２ｍｍの圧電積層バイモルフ素子で構成し、支持台２は、厚さ０．３ｍｍ、幅４．０ｍｍのＳＵＳ板を折り曲げて構成し、錘部５は、重さ５ｇのタングステンで構成した。

圧電体部１１の圧電振動振幅０．０５ｍｍと、０．３ｍｍまでの弾性変形変位が可能であることを考慮し、錘部５の底面５０と、支持台２の内周面における実装部２０の間隔は０．２ｍｍとした。

ここで、支持台２を折り曲げた金属板で構成した支持台２は、小型で充分な強度を得ることができる。

セパレータ３を除く振動伝達装置全体の寸法は、長さ３０ｍｍ、幅４．０ｍｍ、高さ５．０ｍｍとなった。

上記振動伝達装置を、１００ｍｍ×６０ｍｍ、厚さ３ｍｍの板状の被実装体に実装し、被実装体から１ｍ離れた位置での音圧を測定した。

図５は、本発明における振動伝達装置の音圧と周波数の関係を示す図である。

周波数８００Ｈｚから３．４ｋＨｚの可聴域で音圧が６０ｄＢを超えており、圧電スピーカとして充分な特性を示している。

１ 圧電素子
２ 支持台
３ セパレータ
５ 錘部
６ 被実装体
７ スペーサ
１０ ＦＰＣ
１１ 圧電体部
１２ 弾性保護部
２０ 実装部
２１、２２ 支持部
３０ 両面粘着テープ
４０、４１、４２ 接着部
５０ 底面
４１０、４２０ 接着剤

Claims (9)

1. 屈曲振動を行う矩形板状の圧電素子と、
   実装部及び支持部を備える支持台と、
   錘部を備え、
   前記圧電素子は、前記支持部に支持固定され、
   前記錘部における被固定部は、前記圧電素子における圧電振動をする部分に直接又は前記支持部を介して固定され、
   前記錘部は、前記支持台の内部空間に配置され、前記被固定部以外は前記支持台より離間し、
   前記錘部の変位は、前記支持台の内周面により規制され、
   前記圧電素子を押圧し、前記錘部と前記支持台の内周面における実装部と接触させたときの前記圧電素子の変位は、前記屈曲振動の振幅より大で、かつ、前記圧電素子が弾性変形できる上限の変位より小であり、
   前記実装部を実装する被実装体に前記圧電素子の振動を伝達することを特徴とする振動伝達装置。
2. 前記支持台は、折り曲げた金属板により一体に構成され、
   前記圧電素子は、前記支持台の外周面における前記支持部上に支持固定されていることを特徴とする請求項１に記載の振動伝達装置。
3. 前記支持台の外周面における前記実装部には粘着部が設けられ、被実装体に粘着固定可能であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の振動伝達装置。
4. 前記被固定部の固定は、接着剤により行うことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか記載の振動伝達装置。
5. 前記被固定部を固定する前記接着剤は、硬化後に弾性を有することを特徴とする請求項４に記載の振動伝達装置。
6. 前記支持台は、第１支持部より第１連結部、前記実装部、第２連結部を介して第２支持部まで一体成形され、前記第１支持部と前記第２支持部は離間配置され、
   前記圧電素子の両端は、前記支持台の外面であって、前記第１支持部と前記第２支持部上にそれぞれ接着剤により固定され、
   前記錘部における被固定部は、前記圧電素子における圧電振動をする中央部に直接固定されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の振動伝達装置。
7. 前記錘部は、前記第１支持部と前記第２支持部の間を挿通可能であることを特徴とする請求項６に記載の振動伝達装置。
8. 前記錘部は、被固定部における面積よりも、前記実装部に対向する部分の面積が大きいことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の振動伝達装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれかに記載の振動伝達装置を実装し、
   被実装体の少なくとも一部より発音することを特徴とする圧電スピーカ。

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