JP2023025412A - Vibration generating device and electronic instrument - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、振動による触覚提示に係る振動発生装置及び電子機器に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a vibration generator and an electronic device for presenting a tactile sensation by vibration.
ユーザに触覚を提示する触覚機能デバイスには様々なアクチュエータが用いられている。例えば、通知機能には偏心モータやリニア共振アクチュータ等の電磁式アクチュエータが用いられている。また、フォースフィードバック機能にはこれらの電磁式アクチュエータに加え、圧電式アクチュエータも用いられている。 Various actuators are used in tactile functional devices that present tactile sensations to users. For example, electromagnetic actuators such as eccentric motors and linear resonant actuators are used for notification functions. In addition to these electromagnetic actuators, piezoelectric actuators are also used for the force feedback function.
近年、触感技術は高度化が進んでおり、通知機能に加えてザラザラ感やツルツル感等の触感表現も再現できる技術が開発されている(例えば、特許文献1参照)。さらに、モバイル機器の液晶パネル等では領域毎に異なる触感表面も求められている。
In recent years, tactile technology has become more sophisticated, and in addition to the notification function, technology has been developed that can reproduce tactile sensations such as rough and slippery sensations (see
ここで、通知機能は低周波領域(1~250Hz程度)の振動により実現可能であるが、ザラザラ感やツルツル感等の触感表現は高周波領域(20~100kHz程度)の振動により実現される。具体的には触感表現は、駆動源のアクチュエータをパネル両端に配置し、パネルに形成された定在波による指先への浮揚現象を利用して実現される。パネルは同一の波動がパネル全体に伝わることで振動しているため、触覚としては単一の触覚表現のみが可能となっている。 Here, the notification function can be realized by vibration in a low frequency range (about 1 to 250 Hz), but the tactile expression such as roughness and smoothness is realized by vibration in a high frequency range (about 20 to 100 kHz). Specifically, the tactile expression is realized by arranging the actuators of the drive source at both ends of the panel and using the levitation phenomenon to the fingertips due to the standing waves formed on the panel. Since the panel vibrates when the same wave is transmitted to the entire panel, only a single tactile expression is possible as a tactile sensation.
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、振動により多彩な触覚表現が可能な振動発生装置及び電子機器を提供することにある。 In view of the circumstances as described above, it is an object of the present invention to provide a vibration generator and an electronic device capable of expressing various tactile sensations by vibration.
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る振動発生装置は、第1圧電アクチュエータと第2圧電アクチュエータを具備する。
上記第1圧電アクチュエータは、圧電材料からなる第1圧電体層と、上記第1圧電体層中に設けられた第1正極内部電極と、上記圧電体層中に設けられ、上記第1圧電体層を介して上記第1正極内部電極と対向する第1負極内部電極とを備え、上記第1正極内部電極と上記第1負極内部電極の間に電圧が印加されると、上記第1正極内部電極及び上記第1負極内部電極の電極面に平行な第1方向に沿って伸縮する。
上記第2圧電アクチュエータは、上記第1圧電アクチュエータに積層され、圧電材料からなる第2圧電体層と、上記第2圧電体層中に設けられた第2正極内部電極と、上記第2圧電体層中に設けられ、上記第2圧電体層を介して上記第2正極内部電極と対向する第2負極内部電極とを備え、上記第2正極内部電極と上記第2負極内部電極の間に電圧が印加されると、上記第2正極内部電極及び上記第2負極内部電極の電極面に垂直かつ上記第1方向に垂直な第2方向に沿って伸縮する。
To achieve the above object, a vibration generator according to one aspect of the present invention includes a first piezoelectric actuator and a second piezoelectric actuator.
The first piezoelectric actuator comprises: a first piezoelectric layer made of a piezoelectric material; a first positive internal electrode provided in the first piezoelectric layer; a first negative electrode internal electrode facing the first positive electrode internal electrode via a layer; when a voltage is applied between the first positive electrode internal electrode and the first negative electrode internal electrode, It expands and contracts along the first direction parallel to the electrode surface of the electrode and the first negative internal electrode.
The second piezoelectric actuator is laminated on the first piezoelectric actuator and includes a second piezoelectric layer made of a piezoelectric material, a second positive internal electrode provided in the second piezoelectric layer, and the second piezoelectric body. a second negative internal electrode provided in the layer and opposed to the second positive internal electrode via the second piezoelectric layer, wherein a voltage is applied between the second positive internal electrode and the second negative internal electrode; is applied, the electrode expands and contracts along the second direction perpendicular to the electrode surfaces of the second positive internal electrode and the second negative internal electrode and perpendicular to the first direction.
上記第1圧電アクチュエータは、上記第1方向に垂直であり上記第2方向に平行な端面である第1端面と、上記第1方向に垂直であり上記第2方向に平行かつ上記第1端面とは反対側の端面である第2端面と、上記第1方向及び上記第2方向に平行な端面である第3端面と、上記第1方向及び上記第2方向に平行かつ上記第3端面とは反対側の端面である第4端面とを有し、上記第1端面に上記第1正極内部電極の端部が露出し、上記第2端面に上記第1負極内部電極の端部が露出し、
上記第2圧電アクチュエータは、上記第1方向に垂直であり上記第2方向に平行な端面である第5端面と、上記第1方向に垂直であり上記第2方向に平行かつ上記第5端面とは反対側の端面である第6端面と、上記第1方向及び上記第2方向に平行な端面である第7端面と、上記第1方向及び上記第2方向に平行かつ上記第7端面とは反対側の端面である第8端面とを有し、上記第7端面に上記第2正極内部電極の端部が露出し、上記第8端面に上記第2負極内部電極の端部が露出してもよい。
The first piezoelectric actuator has a first end face perpendicular to the first direction and parallel to the second direction, and a first end face perpendicular to the first direction and parallel to the second direction. A second end surface that is an opposite end surface, a third end surface that is an end surface parallel to the first direction and the second direction, and a third end surface parallel to the first direction and the second direction and the third end surface and a fourth end face that is the opposite end face, the end of the first positive electrode internal electrode is exposed on the first end face, the end of the first negative electrode internal electrode is exposed on the second end face,
The second piezoelectric actuator has a fifth end face perpendicular to the first direction and parallel to the second direction, and a fifth end face perpendicular to the first direction and parallel to the second direction. A sixth end surface that is an end surface on the opposite side, a seventh end surface that is an end surface parallel to the first direction and the second direction, and a seventh end surface parallel to the first direction and the second direction and the seventh end surface and an eighth end face which is the end face on the opposite side, the end of the second positive electrode internal electrode is exposed on the seventh end face, and the end of the second negative electrode internal electrode is exposed on the eighth end face. good too.
上記振動発生装置は、上記第1方向に沿って1列で配列された複数の上記第2圧電アクチュエータを備え、
上記第7端面は上記第3端面に連続する面であり、
上記第8端面は上記第4端面に連続する面であってもよい。
The vibration generator includes a plurality of the second piezoelectric actuators arranged in a line along the first direction,
The seventh end surface is a surface continuous with the third end surface,
The eighth end surface may be a surface continuous with the fourth end surface.
上記振動発生装置は、
上記第1端面上、上記第3端面上及び上記第7端面上に設けられ、上記第1正極内部電極及び上記第2正極内部電極と導通する正極外部電極と、
上記第2端面上、上記第4端面上及び上記第8端面上に設けられ、上記第1負極内部電極及び上記第2負極内部電極と導通する負極外部電極と
をさらに具備してもよい。
The vibration generator is
a positive electrode external electrode provided on the first end surface, the third end surface, and the seventh end surface and electrically connected to the first internal positive electrode and the second internal positive electrode;
A negative electrode external electrode provided on the second end surface, the fourth end surface, and the eighth end surface and electrically connected to the first internal negative electrode and the second internal negative electrode may be further provided.
上記振動発生装置は、
上記第1端面上に設けられ、上記第1正極内部電極と導通する第1正極外部電極と、
上記第2端面上に設けられ、上記第1負極内部電極と導通する第1負極外部電極と、
上記第7端面上に設けられ、上記第2正極内部電極と導通する第2正極外部電極と、
上記第8端面上に設けられ、上記第2負極内部電極と導通する第2負極外部電極と
をさらに具備してもよい。
The vibration generator is
a first positive electrode external electrode provided on the first end surface and electrically connected to the first positive electrode internal electrode;
a first negative electrode external electrode provided on the second end surface and electrically connected to the first negative electrode internal electrode;
a second positive electrode external electrode provided on the seventh end surface and electrically connected to the second positive electrode internal electrode;
A second negative electrode external electrode provided on the eighth end surface and electrically connected to the second negative electrode internal electrode may be further provided.
上記振動発生装置は、第1方向に沿って2列で配列された複数の上記第2圧電アクチュエータを備え、
上記第7端面は隣接する上記第2圧電アクチュエータの上記第7端面と対向し、
上記第8端面は上記第3端面及び上記第4端面に連続する面であってもよい。
The vibration generator includes a plurality of the second piezoelectric actuators arranged in two rows along the first direction,
the seventh end face faces the seventh end face of the adjacent second piezoelectric actuator,
The eighth end surface may be a surface continuous with the third end surface and the fourth end surface.
上記振動発生装置は、
上記第1端面上及び上記第7端面上に設けられ、上記第1正極内部電極及び上記第2正極内部電極と導通する正極外部電極と、
上記第2端面上、上記第3端面上、上記第4端面上及び上記第8端面上に設けられ、上記第1負極内部電極及び上記第2負極内部電極と導通する負極外部電極と
をさらに具備してもよい。
The vibration generator is
a positive electrode external electrode provided on the first end face and the seventh end face and electrically connected to the first positive internal electrode and the second positive internal electrode;
a negative electrode external electrode provided on the second end surface, the third end surface, the fourth end surface, and the eighth end surface and electrically connected to the first internal negative electrode and the second internal negative electrode; You may
上記振動発生装置は、
上記第1端面上に設けられ、上記第1正極内部電極と導通する第1正極外部電極と、
上記第2端面上に設けられ、上記第1負極内部電極と導通する第1負極外部電極と、
上記第7端面上に設けられ、上記第2正極内部電極と導通する第2正極外部電極と、
上記第8端面上に設けられ、上記第2負極内部電極と導通する第2負極外部電極と
をさらに具備してもよい。
The vibration generator is
a first positive electrode external electrode provided on the first end surface and electrically connected to the first positive electrode internal electrode;
a first negative electrode external electrode provided on the second end surface and electrically connected to the first negative electrode internal electrode;
a second positive electrode external electrode provided on the seventh end surface and electrically connected to the second positive electrode internal electrode;
A second negative electrode external electrode provided on the eighth end surface and electrically connected to the second negative electrode internal electrode may be further provided.
上記振動発生装置は、
周波数が1Hz以上250Hz以下である低周数領域の信号波を変調波とし、周波数が20kHz以上100kHz以下である高周波領域の正弦波を上記変調波によって振幅変調してなる波形を有する駆動信号を上記正極外部電極と上記負極外部電極に供給する駆動部をさらに具備してもよい。
The vibration generator is
A driving signal having a waveform obtained by amplitude-modulating a signal wave in a low-frequency region with a frequency of 1 Hz or more and 250 Hz or less as a modulated wave and a sine wave in a high-frequency region with a frequency of 20 kHz or more and 100 kHz or less by the modulated wave. A driving unit for supplying power to the positive external electrode and the negative external electrode may be further provided.
上記振動発生装置は、周波数が1Hz以上250Hz以下である低周数領域の信号波を変調波とし、周波数が20kHz以上100kHz以下である高周波領域の正弦波を上記変調波によって振幅変調してなる波形を有する駆動信号を上記第1正極外部電極と上記第1負極外部電極に供給する駆動部をさらに具備してもよい。
振動発生装置。
The vibration generator has a signal wave in a low frequency range with a frequency of 1 Hz or more and 250 Hz or less as a modulated wave, and a sine wave in a high frequency range with a frequency of 20 kHz or more and 100 kHz or less, amplitude-modulated by the modulated wave. to the first positive external electrode and the first negative external electrode.
Vibration generator.
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る電子機器は、第1圧電アクチュエータと第2圧電アクチュエータを具備する。
上記第1圧電アクチュエータは、圧電材料からなる第1圧電体層と、上記第1圧電体層中に設けられた第1正極内部電極と、上記圧電体層中に設けられ、上記第1圧電体層を介して上記第1正極内部電極と対向する第1負極内部電極とを備え、上記第1正極内部電極と上記第1負極内部電極の間に電圧が印加されると、上記第1正極内部電極及び上記第1負極内部電極の電極面に平行な第1方向に沿って伸縮する。
上記第2圧電アクチュエータは、上記第1圧電アクチュエータに積層され、圧電材料からなる第2圧電体層と、上記第2圧電体層中に設けられた第2正極内部電極と、上記第2圧電体層中に設けられ、上記第2圧電体層を介して上記第2正極内部電極と対向する第2負極内部電極とを備え、上記第2正極内部電極と上記第2負極内部電極の間に電圧が印加されると、上記第2正極内部電極及び上記第2負極内部電極の電極面に垂直かつ上記第1方向に垂直な第2方向に沿って伸縮する。
To achieve the above object, an electronic device according to one aspect of the present invention includes a first piezoelectric actuator and a second piezoelectric actuator.
The first piezoelectric actuator comprises: a first piezoelectric layer made of a piezoelectric material; a first positive internal electrode provided in the first piezoelectric layer; a first negative electrode internal electrode facing the first positive electrode internal electrode via a layer; when a voltage is applied between the first positive electrode internal electrode and the first negative electrode internal electrode, It expands and contracts along the first direction parallel to the electrode surface of the electrode and the first negative internal electrode.
The second piezoelectric actuator is laminated on the first piezoelectric actuator and includes a second piezoelectric layer made of a piezoelectric material, a second positive internal electrode provided in the second piezoelectric layer, and the second piezoelectric body. a second negative internal electrode provided in the layer and opposed to the second positive internal electrode via the second piezoelectric layer, wherein a voltage is applied between the second positive internal electrode and the second negative internal electrode; is applied, the electrode expands and contracts along the second direction perpendicular to the electrode surfaces of the second positive internal electrode and the second negative internal electrode and perpendicular to the first direction.
以上のように本発明によれば、振動により多彩な触覚表現が可能な振動発生装置及び電子機器を提供することが可能である。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a vibration generating device and an electronic device capable of expressing various tactile sensations by vibration.
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態に係る振動発生装置について説明する。
(First embodiment)
A vibration generator according to a first embodiment of the present invention will be described.
[振動発生装置の構成]
図1は本実施形態に係る振動発生装置100の斜視図であり、図2は振動発生装置100の分解斜視図である。本開示の各図において振動発生装置100の長手方向をX方向、短手方向をY方向、厚み方向をZ方向とする。
[Configuration of vibration generator]
FIG. 1 is a perspective view of a
図1及び図2に示すように、振動発生装置100は1つの第1圧電アクチュエータ110と複数の第2圧電アクチュエータ120を備え、複数の第2圧電アクチュエータ120が1つの第1圧電アクチュエータ110に積層されて構成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図3は第1圧電アクチュエータ110の斜視図であり、図4は第1圧電アクチュエータ110の平面図である。図3及び図4に示すように、第1圧電アクチュエータ110は、主面がX-Y平面に平行となり、X方向を長手方向、Y方向を短手方向とする平板形状を有する。以下、第1圧電アクチュエータ110の主面のうち第2圧電アクチュエータ120側の主面を第1主面110aとし、第1主面110aとは反対側の主面を第2主面110bとする。また、X方向を「第1方向」、Z方向を「第2方向」とすると、第1方向に垂直であり第2方向に平行な一端面を第1端面110cとし、第1方向に垂直であり第2に方向に平行かつ第1端面110cとは反対側の端面を第2端面110dとする。さらに、第1方向及び第2方向に平行な一端面を第3端面110eとし、第1方向及び第2方向に平行かつ第3端面110eとは反対側の端面を第4端面110fとする。
3 is a perspective view of the first
図5は第1圧電アクチュエータ110の断面図であり、図4のA-A線での断面図である。同図に示すように第1圧電アクチュエータ110は第1圧電体層111、第1正極内部電極112及び第1負極内部電極113を備える。第1圧電体層111はPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)等の圧電材料からなる。
FIG. 5 is a cross-sectional view of the first
第1正極内部電極112は、導電性材料からなり、第1圧電体層111中に設けられ、第1圧電体層111を介して第1負極内部電極113と対向する。第1正極内部電極112は平板状であり、第1正極内部電極112の主面を電極面とすると、電極面が第1主面110a及び第2主面110b(X-Y平面)に平行、即ち第1方向(X方向)に平行である。第1正極内部電極112は図5に示すように5枚が設けられてもよく、4枚以下又は6枚以上が設けられてもよい。
The first positive
図6は、第1圧電アクチュエータ110における第1正極内部電極112の配置を示す模式図である。同図に示すように、第1正極内部電極112は一辺が第1端面110cに一致し、他の周縁は第2端面110d、第3端面110e及び第4端面110fから離間して配置されている。
FIG. 6 is a schematic diagram showing the arrangement of the first positive
第1負極内部電極113は、導電性材料からなり、第1圧電体層111中に設けられ、第1圧電体層111を介して第1正極内部電極112と対向する。第1負極内部電極113は平板状であり、第1負極内部電極113の主面を電極面とすると、電極面が第1主面110a及び第2主面110b(X-Y平面)に平行、即ち第1方向(X方向)に平行である。第1負極内部電極113は図5に示すように5枚が設けられてもよく、4枚以下又は6枚以上が設けられてもよい。
The first negative
図7は、第1圧電アクチュエータ110における第1負極内部電極113の配置を示す模式図である。同図に示すように、第1負極内部電極113は一辺が第2端面110dに一致し、他の周縁は第1端面110c、第3端面110e及び第4端面110fから離間して配置されている。
FIG. 7 is a schematic diagram showing the arrangement of the first negative
図8は第1端面110cを示す斜視図である。同図に示すように、第1端面110cには第1正極内部電極112の端部が露出し、第1負極内部電極113は露出しない。また、図9は第2端面110dを示す斜視図である。同図に示すように、第2端面110dには第1負極内部電極113の端部が露出し、第1正極内部電極112は露出しない。
FIG. 8 is a perspective view showing the
第1圧電アクチュエータ110はこのような構成を有する。図10は第1圧電アクチュエータ110の振動を示す模式図である。第1正極内部電極112と第1負極内部電極113の間に電圧を印加すると、第1圧電体層111における逆圧電効果により第1圧電アクチュエータ110は第1正極内部電極112及び第1負極内部電極113の電極面に平行な第1方向(X方向)に沿って伸縮(図中、矢印)し、振動を生じる。このような伸縮はd31モードと呼ばれ、第1圧電アクチュエータ110はd31モードで振動する圧電アクチュエータである。
The first
図11は第2圧電アクチュエータ120の斜視図であり、図12は第2圧電アクチュエータ120の平面図である。図11及び図12に示すように、第2圧電アクチュエータ120は、主面がX-Y平面に平行となり、X方向を短手方向、Y方向を長手方向とする平板形状を有する。以下、第2圧電アクチュエータ120の主面のうち第1圧電アクチュエータ110側の主面を第3主面120aとし、第3主面120aとは反対側の主面を第4主面120bとする。また、第1方向(X方向)に垂直であり第2方向(Z方向)に平行な一端面を第5端面120cとし、第1方向に垂直であり第2方向に平行かつ第5端面120cとは反対側の端面を第6端面120dとする。さらに、第1方向及び第2方向に平行な一端面を第7端面120eとし、第1方向及び第2方向に平行かつ第7端面120eとは反対側の端面を第8端面120fとする。
11 is a perspective view of the second
図13は第2圧電アクチュエータ120の断面図であり、図12のB-B線での断面図である。同図に示すように第2圧電アクチュエータ120は第2圧電体層121、第2正極内部電極122及び第2負極内部電極123を備える。第2圧電体層121はPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)等の圧電材料からなる。
FIG. 13 is a cross-sectional view of the second
第2正極内部電極122は、導電性材料からなり、第2圧電体層121中に設けられ、第2圧電体層121を介して第2負極内部電極123と対向する。第2正極内部電極122は平板状であり、第2正極内部電極122の主面を電極面とすると、電極面が第3主面120a及び第4主面120b(X-Y平面)に平行、即ち第1方向(X方向)に平行である。第2正極内部電極122は図13に示すように5枚が設けられてもよく、4枚以下又は6枚以上が設けられてもよい。
The second positive
図14は、第2圧電アクチュエータ120における第2正極内部電極122の配置を示す模式図である。同図に示すように、第2正極内部電極122は一辺が第7端面120eに一致し、他の周縁は第5端面120c、第6端面120d及び第8端面120fから離間して配置されている。
FIG. 14 is a schematic diagram showing the arrangement of the second positive
第2負極内部電極123は、導電性材料からなり、第2圧電体層121中に設けられ、第2圧電体層121を介して第2正極内部電極122と対向する。第2負極内部電極123は平板状であり、第2負極内部電極123の主面を電極面とすると、電極面が第3主面120a及び第4主面120b(X-Y平面)に平行、即ち第1方向(X方向)に平行である。第2負極内部電極123は図13に示すように5枚が設けられてもよく、4枚以下又は6枚以上が設けられてもよい。
The second negative
図15は、第2圧電アクチュエータ120における第2負極内部電極123の配置を示す模式図である。同図に示すように、第2負極内部電極123は一辺が第8端面120fに一致し、他の周縁は第5端面120c、第6端面120d及び第7端面120eから離間して配置されている。
FIG. 15 is a schematic diagram showing the arrangement of the second negative
図16は第7端面120eを示す斜視図である。同図に示すように、第7端面120eには第2正極内部電極122の端部が露出し、第2負極内部電極123は露出しない。また、図17は第8端面120fを示す斜視図である。同図に示すように、第8端面120fには第2負極内部電極123の端部が露出し、第2正極内部電極122は露出しない。
FIG. 16 is a perspective view showing the
第2圧電アクチュエータ120はこのような構成を有する。図18は第2圧電アクチュエータ120の振動を示す模式図である。第2正極内部電極122と第2負極内部電極123の間に電圧を印加すると、第2圧電体層121における逆圧電効果により第2圧電アクチュエータ120は第2正極内部電極122及び第2負極内部電極123の電極面に垂直な第2方向(Z方向)に沿って伸縮(図中、矢印)し、振動を生じる。このような伸縮はd33モードと呼ばれ、第2圧電アクチュエータ120はd33モードで振動する圧電アクチュエータである。
The second
[第1圧電アクチュエータと第2圧電アクチュエータの位置関係について]
以下、第1圧電アクチュエータ110と第2圧電アクチュエータ120の位置関係について説明する。図19乃至図23は振動発生装置100を各方向から見た平面図である。図19乃至図21に示すように、第2圧電アクチュエータ120は第1圧電アクチュエータ110上において、短手方向が第1方向(X方向)に一致する向きで第1方向(X方向)に沿って1列で配列されている。これにより、図22及び図23に示すように、第2圧電アクチュエータ120の第7端面120eは第1圧電アクチュエータ110の第3端面110eに連続し、第2圧電アクチュエータ120の第8端面120fは第1圧電アクチュエータ110の第4端面110fに連続する。
[Regarding the positional relationship between the first piezoelectric actuator and the second piezoelectric actuator]
The positional relationship between the first
図24は、振動発生装置100を第1端面110c及び第7端面120e側から見た斜視図である。同図に示すように、第1端面110cには第1正極内部電極112が露出し、第7端面120eには第2正極内部電極122が露出する。また、図25は、振動発生装置100を第2端面110d及び第8端面120f側から見た斜視図である。同図に示すように、第2端面110dには第1負極内部電極113が露出し、第8端面120fには第2負極内部電極123が露出する。
FIG. 24 is a perspective view of the
[共通外部電極について]
振動発生装置100は第1圧電アクチュエータ110と第2圧電アクチュエータ120の両方に接続される正極外部電極及び負極外部電極を備えるものすることができる。図26は、正極外部電極131を示す模式図である。正極外部電極131は導電性材料からなり、第1端面110c、第3端面110e及び第7端面120e(図24参照)上に形成されている。上記のように第1端面110cには第1正極内部電極112が露出し、第7端面120eには第2正極内部電極122が露出しているため、正極外部電極131は第1正極内部電極112及び第2正極内部電極122に導通する。
[Common external electrode]
The
また、図27は、負極外部電極132を示す模式図である。負極外部電極132は導電性材料からなり、第2端面110d、第4端面110f及び第8端面120f(図25参照)上に形成されている。上記のように第2端面110dには第1負極内部電極113が露出し、第8端面120fには第2負極内部電極123が露出しているため、負極外部電極132は第1負極内部電極113及び第2負極内部電極123に導通する。
27 is a schematic diagram showing the negative
正極外部電極131及び負極外部電極132は図示しない駆動部に接続され、駆動部から出力された駆動信号を第1正極内部電極112、第1負極内部電極113、第2正極内部電極122及び第2負極内部電極123にそれぞれ伝達する。この構成では正極外部電極131及び負極外部電極132が第1圧電アクチュエータ110と第2圧電アクチュエータ120で共通のため、第1圧電アクチュエータ110と第2圧電アクチュエータ120に同一の駆動信号が供給される。
The positive electrode
[独立外部電極について]
振動発生装置100は第1圧電アクチュエータ110と第2圧電アクチュエータ120のそれぞれに接続される2つの正極外部電極と2つの負極外部電極を備えるものすることもできる。
[Independent external electrodes]
The
図28は、第1正極外部電極141及び第2正極外部電極151を示す模式図である。第1正極外部電極141は導電性材料からなり、第1端面110c(図24参照)上に形成されている。上記のように第1端面110cには第1正極内部電極112が露出しているため、第1正極外部電極141は第1正極内部電極112に導通する。第2正極外部電極151は導電性材料からなり、第3端面110e及び第7端面120e(図24参照)上に形成されている。上記のように第7端面120eには第2正極内部電極122が露出しているため、第2正極外部電極151は第2正極内部電極122に導通する。
FIG. 28 is a schematic diagram showing the first positive
図29は、第1負極外部電極142及び第2負極外部電極152を示す模式図である。第1負極外部電極142は導電性材料からなり、第2端面110d(図25参照)上に形成されている。上記のように第2端面110dには第1負極内部電極113が露出しているため、第1負極外部電極142は第1負極内部電極113に導通する。第2負極外部電極152は導電性材料からなり、第4端面110f及び第8端面120f(図25参照)上に形成されている。上記のように第8端面120fには第2負極内部電極123が露出しているため、第2負極外部電極152は第2負極内部電極123に導通する。
FIG. 29 is a schematic diagram showing the first negative
第1正極外部電極141、第1負極外部電極142、第2正極外部電極151及び第2負極外部電極152は図示しない駆動部に接続されている。第1正極外部電極141及び第1負極外部電極142は駆動部から出力された駆動信号を第1正極内部電極112及び第1負極内部電極113に伝達する。第2正極外部電極151及び第2負極外部電極152は駆動部から出力された駆動信号を第2正極内部電極122及び第2負極内部電極123に伝達する。
The first positive
この構成では第1正極外部電極141及び第1負極外部電極142が第1圧電アクチュエータ110用の外部電極として機能し、第2正極外部電極151及び第2負極外部電極152が第2圧電アクチュエータ120用の外部電極として機能する。このため、第1圧電アクチュエータ110と第2圧電アクチュエータ120に異なる駆動信号を供給することができる。なお、正極と負極の一方を共通外部電極、他方を独立外部電極としてもよく、第1正極外部電極141と第2正極外部電極151が導通し、又は第1負極外部電極142と第2負極外部電極152が導通する構成とすることも可能である。
In this configuration, the first positive
[第1圧電アクチュエータの駆動信号について]
駆動部から第1圧電アクチュエータ110に出力される駆動信号の波形について説明する。なお、低周波領域の信号波については、以下の説明において便宜上正弦波としているが、これに限定されるものではない。
[Regarding the drive signal for the first piezoelectric actuator]
The waveform of the drive signal output from the drive section to the first
図30は、周波数が20kHz以上100kHz以下である高周波領域の正弦波である電圧波形と電流波形を示す。駆動部から第1圧電アクチュエータ110に図30に示す電圧波形を駆動信号として印加すると、図30に示す電流波形を有する電流が流れる。20kHz以上100kHz以下の高周波領域の振動は、浮遊現象を生じさせる振動である。
FIG. 30 shows a voltage waveform and a current waveform which are sinusoidal waves in a high frequency region with a frequency of 20 kHz or more and 100 kHz or less. When the voltage waveform shown in FIG. 30 is applied from the drive unit to the first
図31は、周波数が1Hz以上250Hz以下である低周波領域の正弦波である電圧波形と電流波形を示す。駆動部から第1圧電アクチュエータ110に図31示す電圧波形を駆動信号として印加すると、図31に示す電流波形を有する電流が流れる。1Hz以上250Hz以下の低周波領域の振動は、人の皮膚の受容器であるマイスナー小体及びパチニ小体等が敏感に感じることが可能な振動である。
FIG. 31 shows a voltage waveform and a current waveform which are sinusoidal waves in a low frequency region with a frequency of 1 Hz or more and 250 Hz or less. When the voltage waveform shown in FIG. 31 is applied as a drive signal from the driving section to the first
図32は、低周波領域の正弦波(信号波)を変調波とし、この変調波によって高周波領域の正弦波を振幅変調した振幅変調波の波形を有する電圧波形と電流波形を示す。図33は図32の拡大図である。駆動部から第1圧電アクチュエータ110に図32に示す電圧波形を駆動信号として印加すると、図32に示す電流波形を有する電流が流れる。
FIG. 32 shows voltage waveforms and current waveforms having waveforms of amplitude-modulated waves obtained by using a sine wave (signal wave) in a low frequency range as a modulated wave and amplitude-modulating a sine wave in a high frequency range by this modulated wave. 33 is an enlarged view of FIG. 32. FIG. When the voltage waveform shown in FIG. 32 is applied as a drive signal from the driving section to the first
図34は図32の電圧波形のみを示し、図35は図33の電圧波形のみを示す。図34及び図35においてW1で示す波長の小さい波が高周波領域の正弦波であり、W2で示す波長の大きい波が低周波領域の正弦波である。以下、高周波領域の正弦波を高周波W1とし、低周波領域の正弦波を低周波W2とする。 34 shows only the voltage waveforms of FIG. 32, and FIG. 35 shows only the voltage waveforms of FIG. In FIGS. 34 and 35, a wave with a small wavelength indicated by W1 is a sine wave in the high frequency region, and a wave with a large wavelength indicated by W2 is a sine wave in the low frequency region. Hereinafter, the sine wave in the high frequency range will be referred to as the high frequency W1, and the sine wave in the low frequency range will be referred to as the low frequency W2.
図34及び図35に示す波形では、低周波W2は、高周波W1の振幅の変化によって形成されており、即ち図34及び図35に示す波形は高周波W1を搬送波、低周波W2を変調波とする振幅変調波である。なお、高周波W1は20kHz以上100kHz以下の周波数を有し、低周波W2は1Hz以上250Hz以下の周波数を有する。 In the waveforms shown in FIGS. 34 and 35, the low frequency W2 is formed by changes in the amplitude of the high frequency W1, that is, the waveforms shown in FIGS. 34 and 35 have the high frequency W1 as the carrier wave and the low frequency W2 as the modulating wave. It is an amplitude modulated wave. The high frequency W1 has a frequency of 20 kHz or more and 100 kHz or less, and the low frequency W2 has a frequency of 1 Hz or more and 250 Hz or less.
高周波W1の電圧ゲインは-10dB以上0dB以下が好適であり、低周波W2の電圧ゲインは-6dB以上0dB以下が好適である。図36は、振幅変調波の波形と電圧ゲインの関係を示す模式図である。同図に示すように、振幅変調波の「ピーク」の振幅を振幅aとし、「谷底」の振幅を振幅bとすると、変調度mは以下の(式1)で表される。下記(式1)で示すように、振幅aに対して振幅bが小さいほど変調度mが大きくなる。 The voltage gain of the high frequency W1 is preferably -10 dB or more and 0 dB or less, and the voltage gain of the low frequency W2 is preferably -6 dB or more and 0 dB or less. FIG. 36 is a schematic diagram showing the relationship between the waveform of the amplitude modulated wave and the voltage gain. As shown in the figure, if the "peak" amplitude of the amplitude-modulated wave is amplitude a and the "trough" amplitude is amplitude b, the degree of modulation m is expressed by the following (Equation 1). As shown in the following (Equation 1), the smaller the amplitude b with respect to the amplitude a, the larger the degree of modulation m.
m=(a-b)/(a+b) (式1) m=(ab)/(a+b) (Formula 1)
図36においても、低周波W2の電圧ゲインを高くすると、図34中に白矢印で示すように、低周波W2の「谷底」が深くなり、低周波W2の電圧ゲインを0dBとすると、「谷底」の振幅は最小となる。また、低周波W2の電圧ゲインを低くし、-6dBに近づけると、低周波W2の「谷底」は浅くなり、振幅は大きくなる。さらに、低周波W2の電圧ゲインを低くし、-10dBに近づけると、低周波W2の「谷底」の振幅bは「ピーク」の振幅と同等となり、「谷」が形成されなくなる。 In FIG. 36 as well, when the voltage gain of the low frequency W2 is increased, the "trough" of the low frequency W2 becomes deeper as indicated by the white arrow in FIG. ” is the smallest. Also, when the voltage gain of the low frequency W2 is lowered to approach -6 dB, the "trough" of the low frequency W2 becomes shallower and the amplitude becomes larger. Further, when the voltage gain of the low frequency W2 is lowered to approach -10 dB, the amplitude b of the "trough" of the low frequency W2 becomes equal to the amplitude of the "peak" and no "trough" is formed.
本実施形態において、高周波W1及び低周波W2の電圧ゲインは、「谷」が形成される範囲に調整される。具体的には高周波W1の電圧ゲインは-10dB以上0dB以下が好適であり、低周波W2の電圧ゲインは-6dB以上0dB以下が好適である。また、高周波W1の電圧ゲインは-10dBがより好適であり、低周波W2の電圧ゲインは0dBがより好適である。 In this embodiment, the voltage gains of high frequency W1 and low frequency W2 are adjusted to a range in which a "trough" is formed. Specifically, the voltage gain of the high frequency W1 is preferably -10 dB or more and 0 dB or less, and the voltage gain of the low frequency W2 is preferably -6 dB or more and 0 dB or less. Moreover, the voltage gain of the high frequency W1 is more preferably −10 dB, and the voltage gain of the low frequency W2 is more preferably 0 dB.
[第2圧電アクチュエータの駆動信号について]
駆動部から第2圧電アクチュエータ120に出力される駆動信号の波形について説明する。なお、低周波領域の信号波については、以下の説明において便宜上正弦波としているが、これに限定されるものではない。
[Regarding the drive signal for the second piezoelectric actuator]
The waveform of the drive signal output from the drive section to the second
第1圧電アクチュエータ110と第2圧電アクチュエータ120の外部電極が共通(図26及び図27参照)の場合、駆動部から第1圧電アクチュエータ110と第2圧電アクチュエータ120に同一の駆動信号が供給される。即ち、第2圧電アクチュエータ120にも高周波W1を搬送波、低周波W2を変調波とする振幅変調波(図34及び図35参照)が供給される。
When the external electrodes of the first
第1圧電アクチュエータ110と第2圧電アクチュエータ120の外部電極が独立(図28及び図29参照)の場合、第2圧電アクチュエータ120に第1圧電アクチュエータ110とは異なる駆動信号を供給することができる。具体的には駆動部は、第1低周波を搬送波、第2低周波を変調波とする振幅変調波を第2圧電アクチュエータ120に供給することができる。第1低周波は110Hz以上250Hz以下、第2低周波は1Hz以上50Hz以下が好適である。
When the external electrodes of the first
[振動発生装置の実装構造について]
振動発生装置100の実装構造について説明する。振動発生装置100は振動部材に接合することができる。図37は振動部材180に接合された振動発生装置100の斜視図であり、図38は振動部材180に接合された振動発生装置100の平面図である。振動部材180は振動発生装置100の振動が伝達される部材であり、ディスプレイパネル、トラックパッドや電子機器の筐体等、特に限定されない。図38に示すように振動部材180は第2圧電アクチュエータ120の第4主面120bに接合される。図37に示すように2つの振動発生装置100が振動部材180の両端に接合されてもよく、1つ又は3つ以上の振動発生装置100が振動部材180に接合されてもよい。また、振動発生装置100はマウスの中央部等に配置され、ユーザが直接第4主面120bに触れるように構成されてもよい。
[About the mounting structure of the vibration generator]
A mounting structure of the
[振動発生装置の効果]
振動発生装置100は、上記のようにd31モードで振動する第1圧電アクチュエータ110とd33モードで振動する第2圧電アクチュエータ120が積層されて構成されている。このため、d31モードの第1圧電アクチュエータ110でフォースフィードバック領域(低周波領域)の振動表現が可能であると共に、d33モードの第2圧電アクチュエータ120で高周波浮揚振動の表現が可能となる。さらに、第1圧電アクチュエータ110に高周波振動を生じさせることにより、第2圧電アクチュエータ120の突起形状が寄与し、微細な浮揚振動表現が可能である。
[Effect of vibration generator]
The
さらに振動発生装置100では、駆動部が図34に示すような振幅変調波の電圧波形を有する駆動信号を第1圧電アクチュエータ110に出力することができる。この振幅変調波は、浮遊現象を生じさせる高周波W1を、人の皮膚の受容器であるマイスナー小体及びパチニ小体等が敏感に感じることが可能な低周波W2によって振幅変調したものであるため、ユーザが指を第4主面120b又は振動部材180に接触させると、ユーザの指に繊細な触覚をリアルに提示することができる。また、指を接触させたまま動かすと触覚を増大させることができる。
Furthermore, in the
さらに、高周波W1が振幅変調されていることにより、振幅変調されていない場合に比べて波形全体の電流平均が小さくなり、消費電力及び発熱を小さくすることが可能である。特に高周波W1の電圧ゲインを-10dB以上0dB以下、低周波W2の電圧ゲインを-6dB以上0dB以下とすると「谷」(図34中、白矢印)が形成されるため、消費電力及び発熱を小さくすることができる。さらに、高周波W1の電圧ゲインを-10dB、低周波W2の電圧ゲインを0dBとすると「谷」が最も深くなり、消費電力及び発熱を最小とすることが可能である。また、振幅変調波により浮揚現象に伴う異音の発生を抑制することも可能である。 Furthermore, since the high frequency W1 is amplitude-modulated, the current average of the entire waveform is smaller than when it is not amplitude-modulated, and power consumption and heat generation can be reduced. In particular, if the voltage gain of the high frequency W1 is -10 dB or more and 0 dB or less, and the voltage gain of the low frequency W2 is -6 dB or more and 0 dB or less, a "trough" (white arrow in FIG. 34) is formed, so power consumption and heat generation can be reduced. can do. Furthermore, if the voltage gain of the high frequency W1 is −10 dB and the voltage gain of the low frequency W2 is 0 dB, the “valley” becomes the deepest and power consumption and heat generation can be minimized. Also, it is possible to suppress the generation of abnormal noise due to the levitation phenomenon by the amplitude modulated wave.
[振動発生装置の製造方法]
振動発生装置100は以下のようにして製造することができる。まず、第1圧電体層111、第1正極内部電極112及び第1負極内部電極113(図5参照)を積層し、その上に第2圧電体層121、第2正極内部電極122及び第2負極内部電極123(図13参照)を積層する。この積層体を加熱して第1圧電体層111及び第2圧電体層121を焼結させる。続いて、第2圧電体層121、第2正極内部電極122及び第2負極内部電極123を裁断し、複数の第2圧電アクチュエータ120(図2参照)を形成する。これにより、1つの第1圧電アクチュエータ110に複数の第2圧電アクチュエータ120が積層された振動発生装置100が形成される。このように振動発生装置100は一度の焼結プロセスによって製造することが可能である。なお、振動発生装置100は他の製造方法によって製造することも可能である。
[Method for manufacturing vibration generator]
The
(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態に係る振動発生装置について説明する。
(Second embodiment)
A vibration generator according to a second embodiment of the present invention will be described.
[振動発生装置の構成]
図39は本実施形態に係る振動発生装置200の斜視図であり、図40は振動発生装置200の分解斜視図である。
[Configuration of vibration generator]
FIG. 39 is a perspective view of the
図39及び図40に示すように、振動発生装置200は1つの第1圧電アクチュエータ110と複数の第2圧電アクチュエータ220を備え、複数の第2圧電アクチュエータ220が1つの第1圧電アクチュエータ110に積層されて構成されている。第1圧電アクチュエータ110は第1の実施形態と同様の構成を有するため、第1の実施形態と同様の符号を付し、説明を省略する。
As shown in FIGS. 39 and 40, the
図41は第2圧電アクチュエータ220の斜視図であり、図42は第2圧電アクチュエータ220の平面図である。図41及び図42に示すように、第2圧電アクチュエータ220は、主面がX-Y平面に平行となり、X方向長さとY方向長さが同一の平板形状を有する。以下、第2圧電アクチュエータ220の主面のうち第1圧電アクチュエータ110側の主面を第3主面220aとし、第3主面220aとは反対側の主面を第4主面220bとする。また、第1方向(X方向)に垂直であり第2方向(Z方向)に平行な一端面を第5端面220cとし、第1方向に垂直であり第2方向に平行かつ第5端面220cとは反対側の端面を第6端面220dとする。さらに、第1方向及び第2方向に平行な一端面を第7端面220eとし、第1方向及び第2方向に平行かつ第7端面220eとは反対側の端面を第8端面220fとする。
41 is a perspective view of the second
図43は第2圧電アクチュエータ120の断面図であり、図42のC-C線での断面図である。同図に示すように第2圧電アクチュエータ220は第2圧電体層221、第2正極内部電極222及び第2負極内部電極223を備える。第2圧電体層221はPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)等の圧電材料からなる。
43 is a cross-sectional view of the second
第2正極内部電極222は、導電性材料からなり、第2圧電体層221中に設けられ、第2圧電体層221を介して第2負極内部電極223と対向する。第2正極内部電極222は平板状であり、第2正極内部電極222の主面を電極面とすると、電極面が第3主面220a及び第4主面220b(X-Y平面)に平行、即ち第1方向(X方向)に平行である。第2正極内部電極222は図43に示すように5枚が設けられてもよく、4枚以下又は6枚以上が設けられてもよい。
The second positive
図44は、第2圧電アクチュエータ220における第2正極内部電極222の配置を示す模式図である。同図に示すように、第2正極内部電極222は一辺が第7端面220eに一致し、他の周縁は第5端面220c、第6端面220d及び第8端面220fから離間して配置されている。
FIG. 44 is a schematic diagram showing the arrangement of the second positive
第2負極内部電極223は、導電性材料からなり、第2圧電体層221中に設けられ、第2圧電体層221を介して第2正極内部電極222と対向する。第2負極内部電極223は平板状であり、第2負極内部電極223の主面を電極面とすると、電極面が第3主面220a及び第4主面220b(X-Y平面)に平行、即ち第1方向(X方向)に平行である。第2負極内部電極223は図43に示すように5枚が設けられてもよく、4枚以下又は6枚以上が設けられてもよい。
The second negative
図45は、第2圧電アクチュエータ220における第2負極内部電極223の配置を示す模式図である。同図に示すように、第2負極内部電極223は一辺が第8端面220fに一致し、他の周縁は第5端面220c、第6端面220d及び第7端面220fから離間して配置されている。
FIG. 45 is a schematic diagram showing the arrangement of the second negative
図46は第7端面220eを示す斜視図である。同図に示すように、第7端面220eには第2正極内部電極222の端部が露出し、第2負極内部電極223は露出しない。また、図47は第8端面220fを示す斜視図である。同図に示すように、第8端面220fには第2負極内部電極223の端部が露出し、第2正極内部電極222は露出しない。
FIG. 46 is a perspective view showing the
第2圧電アクチュエータ220はこのような構成を有する。図48は第2圧電アクチュエータ220の振動を示す模式図である。第2正極内部電極222と第2負極内部電極223の間に電圧を印加すると、第2圧電体層221における逆圧電効果により第2圧電アクチュエータ220は第2正極内部電極222及び第2負極内部電極223の電極面に垂直な第2方向(Z方向)に沿って伸縮(図中、矢印)し、振動を生じる。このような伸縮はd33モードと呼ばれ、第2圧電アクチュエータ220はd33モードで振動する圧電アクチュエータである。
The second
[第1圧電アクチュエータと第2圧電アクチュエータの位置関係について]
以下、第1圧電アクチュエータ110と第2圧電アクチュエータ220の位置関係について説明する。図49乃至図53は振動発生装置200を各方向から見た平面図である。図49乃至図51に示すように、第2圧電アクチュエータ220は第1圧電アクチュエータ110上において、第8端面220fが外側となる向きで第1方向(X方向)に沿って2列で配列されている。これにより、図52及び図53に示すように、第2圧電アクチュエータ220の第7端面220eは隣接する第2圧電アクチュエータ220の第7端面220eと対向し、第8端面220fは第1圧電アクチュエータ110の第3端面110e及び第4端面110fに連続する。
[Regarding the positional relationship between the first piezoelectric actuator and the second piezoelectric actuator]
The positional relationship between the first
図54は、振動発生装置200を第1端面110c及び第3端面110e側から見た斜視図である。同図に示すように、第1端面110cには第1正極内部電極112が露出し、第8端面220fには第2負極内部電極223が露出する。また、図55は、振動発生装置200を第2端面110d及び第4端面110f側から見た斜視図である。同図に示すように、第2端面110dには第1負極内部電極113が露出し、第8端面220fには第2負極内部電極223が露出する。
FIG. 54 is a perspective view of the
さらに、図54及び図55に示すように、第2圧電アクチュエータ220の列の間では第7端面220eが対向し、第7端面220eには第2正極内部電極222が露出する。
Furthermore, as shown in FIGS. 54 and 55, between the rows of the second
[共通外部電極について]
振動発生装置200は第1圧電アクチュエータ110と第2圧電アクチュエータ220の両方に接続される正極外部電極及び負極外部電極を備えるものすることができる。図56は、正極外部電極231を示す模式図である。正極外部電極231は導電性材料からなり、第1端面110c及び第7端面220e(図54参照)上に形成されている。上記のように第1端面110cには第1正極内部電極112が露出し、第7端面220eには第2正極内部電極222が露出しているため、正極外部電極231は第1正極内部電極112及び第2正極内部電極222に導通する。
[Common external electrode]
The
また、図57は、負極外部電極232を示す模式図である。負極外部電極232は導電性材料からなり、第2端面110d及び第8端面220f(図55参照)上に形成されている。上記のように第2端面110dには第1負極内部電極113が露出し、第8端面220fには第2負極内部電極223が露出しているため、負極外部電極232は第1負極内部電極113及び第2負極内部電極223に導通する。
Also, FIG. 57 is a schematic diagram showing the negative electrode
正極外部電極231及び負極外部電極232は図示しない駆動部に接続され、駆動部から出力された駆動信号を第1正極内部電極112、第1負極内部電極113、第2正極内部電極222及び第2負極内部電極223にそれぞれ伝達する。この構成では正極外部電極231及び負極外部電極232が第1圧電アクチュエータ110と第2圧電アクチュエータ220で共通のため、第1圧電アクチュエータ110と第2圧電アクチュエータ220に同一の駆動信号が供給される。
The positive electrode
[独立外部電極について]
振動発生装置200は第1圧電アクチュエータ110と第2圧電アクチュエータ220のそれぞれに接続される2つの正極外部電極と2つの負極外部電極を備えるものすることもできる。
[Independent external electrodes]
The
図58は、第1正極外部電極241及び第2正極外部電極251を示す模式図である。第1正極外部電極241は導電性材料からなり、第1端面110c(図54参照)上に形成されている。上記のように第1端面110cには第1正極内部電極112が露出しているため、第1正極外部電極241は第1正極内部電極112に導通する。第2正極外部電極251は導電性材料からなり、第7端面220e(図54参照)上に形成されている。上記のように第7端面220eには第2正極内部電極222が露出しているため、第2正極外部電極251は第2正極内部電極222に導通する。
58 is a schematic diagram showing the first positive
図59は、第1負極外部電極242及び第2負極外部電極252を示す模式図である。第1負極外部電極242は導電性材料からなり、第2端面110d(図55参照)上に形成されている。上記のように第2端面110dには第1負極内部電極113が露出しているため、第1負極外部電極242は第1負極内部電極113に導通する。第2負極外部電極252は導電性材料からなり、第3端面110e、第4端面110f及び第8端面220f(図55参照)上に形成されている。上記のように第8端面220fには第2負極内部電極223が露出しているため、第2負極外部電極252は第2負極内部電極223に導通する。
FIG. 59 is a schematic diagram showing the first negative
第1正極外部電極241、第1負極外部電極242、第2正極外部電極251及び第2負極外部電極252は図示しない駆動部に接続されている。第1正極外部電極241及び第1負極外部電極242は駆動部から出力された駆動信号を第1正極内部電極112及び第1負極内部電極113に伝達する。第2正極外部電極251及び第2負極外部電極252は駆動部から出力された駆動信号を第2正極内部電極222及び第2負極内部電極223に伝達する。
The first positive
この構成では第1正極外部電極241及び第1負極外部電極242が第1圧電アクチュエータ110用の外部電極として機能し、第2正極外部電極251及び第2負極外部電極252が第2圧電アクチュエータ220用の外部電極として機能する。このため、第1圧電アクチュエータ110と第2圧電アクチュエータ220に異なる駆動信号を供給することができる。なお、正極と負極の一方を共通外部電極、他方を独立外部電極としてもよく、第1正極外部電極241と第2正極外部電極251が導通し、又は第1負極外部電極242と第2負極外部電極252が導通する構成とすることも可能である。
In this configuration, the first positive
[第1圧電アクチュエータ及び第2圧電アクチュエータの駆動信号について]
第1圧電アクチュエータ110及び第2圧電アクチュエータ120の駆動信号は第1の実施形態と同様とすることができる。即ち、第1圧電アクチュエータ110の駆動信号は高周波W1を搬送波、低周波W2を変調波とする振幅変調波(図34、図35参照)とすることができる。高周波W1は20kHz以上100kHz以下、低周波W2は1Hz以上250Hz以下が好適である。第2圧電アクチュエータ220の駆動信号は第1圧電アクチュエータ110と共通又は第1低周波を搬送波、第2低周波を変調波とする振幅変調波とすることができる。第1低周波は110Hz以上250Hz以下、第2低周波は1Hz以上50Hz以下が好適である。
[Regarding drive signals for the first piezoelectric actuator and the second piezoelectric actuator]
The drive signals for the first
[振動発生装置の実装構造について]
振動発生装置200の実装構造について説明する。振動発生装置200は振動部材に接合することができる。図60は振動部材280に接合された振動発生装置200の斜視図であり、図61は振動部材280に接合された振動発生装置200の平面図である。振動部材280は振動発生装置200の振動が伝達される部材であり、ディスプレイパネル、トラックパッドや電子機器の筐体等、特に限定されない。図61に示すように振動部材280は第2圧電アクチュエータ220の第4主面220bに接合される。図60に示すように2つの振動発生装置200が振動部材280の両端に接合されてもよく、1つ又は3つ以上の振動発生装置200が振動部材280に接合されてもよい。また、振動発生装置200はマウスの中央部等に配置され、ユーザが直接第4主面220bに触れるように構成されてもよい。
[About the mounting structure of the vibration generator]
A mounting structure of the
[振動発生装置の効果]
振動発生装置200による効果は、振動発生装置100と同様である。即ち、d31モードの第1圧電アクチュエータ110でフォースフィードバック領域(低周波領域)の振動表現が可能であると共に、d33モードの第2圧電アクチュエータ220で高周波浮揚振動の表現が可能となる。さらに、第1圧電アクチュエータ110に高周波振動を生じさせることにより、第2圧電アクチュエータ220の突起形状が寄与し、微細な浮揚振動表現が可能である。
[Effect of vibration generator]
The effects of the
さらに振動発生装置200では、駆動部が図36に示すような振幅変調波の電圧波形を有する駆動信号を第1圧電アクチュエータ110に出力することで、ユーザが指を第4主面220b又は振動部材280に接触させるとユーザの指に繊細な触覚をリアルに提示することができる。また、指を接触させたまま動かすと触覚を増大させることができる。さらに、高周波W1が振幅変調されていることにより、振幅変調されていない場合に比べて波形全体の電流平均が小さくなり、消費電力及び発熱を小さくすることが可能である。また、振幅変調波により浮揚現象に伴う異音の発生を抑制することも可能である。
Further, in the
[振動発生装置の製造方法]
振動発生装置200は第1の実施形態に係る振動発生装置100と同様の方法で製造することが可能である。即ち、第1圧電体層111、第1正極内部電極112及び第1負極内部電極113(図5参照)を積層し、その上に第2圧電体層221、第2正極内部電極222及び第2負極内部電極223(図43参照)を積層する。この積層体を加熱して第1圧電体層111及び第2圧電体層221を焼結させる。続いて、第2圧電体層221、第2正極内部電極222及び第2負極内部電極223を裁断し、複数の第2圧電アクチュエータ220(図40参照)を形成する。これにより、1つの第1圧電アクチュエータ110に複数の第2圧電アクチュエータ220が積層された振動発生装置200が形成される。このように振動発生装置200は一度の焼結プロセスによって製造することが可能である。なお、振動発生装置200は他の製造方法によって製造することも可能である。
[Method for manufacturing vibration generator]
The
100…振動発生装置
110…第1圧電アクチュエータ
111…第1圧電体層
112…第1正極内部電極
113…第1負極内部電極
120…第2圧電アクチュエータ
121…第2圧電体層
122…第2正極内部電極
123…第2負極内部電極
131…正極外部電極
132…負極外部電極
141…第1正極外部電極
142…第1負極外部電極
151…第2正極外部電極
152…第2負極外部電極
180…振動部材
200…振動発生装置
220…第2圧電アクチュエータ
221…第2圧電体層
222…第2正極内部電極
223…第2負極内部電極
231…正極外部電極
232…負極外部電極
241…第1正極外部電極
242…第1負極外部電極
251…第2正極外部電極
252…第2負極外部電極
280…振動部材
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記第1圧電アクチュエータに積層され、圧電材料からなる第2圧電体層と、前記第2圧電体層中に設けられた第2正極内部電極と、前記第2圧電体層中に設けられ、前記第2圧電体層を介して前記第2正極内部電極と対向する第2負極内部電極とを備え、前記第2正極内部電極と前記第2負極内部電極の間に電圧が印加されると、前記第2正極内部電極及び前記第2負極内部電極の電極面に垂直かつ前記第1方向に垂直な第2方向に沿って伸縮する第2圧電アクチュエータと
を具備する振動発生装置。 a first piezoelectric layer made of a piezoelectric material; a first positive internal electrode provided in the first piezoelectric layer; a positive internal electrode and a first negative internal electrode facing each other, wherein when a voltage is applied between the first positive internal electrode and the first negative internal electrode, the first positive internal electrode and the first negative internal electrode a first piezoelectric actuator that expands and contracts along a first direction parallel to the electrode surface of the electrode;
a second piezoelectric layer laminated on the first piezoelectric actuator and made of a piezoelectric material; a second positive electrode internal electrode provided in the second piezoelectric layer; A second negative internal electrode facing the second positive internal electrode via a second piezoelectric layer is provided, and when a voltage is applied between the second positive internal electrode and the second negative internal electrode, the A vibration generator comprising: a second piezoelectric actuator that expands and contracts along a second direction perpendicular to the electrode surfaces of the second positive electrode internal electrode and the second negative electrode internal electrode and perpendicular to the first direction.
前記第1圧電アクチュエータは、前記第1方向に垂直であり前記第2方向に平行な端面である第1端面と、前記第1方向に垂直であり前記第2方向に平行かつ前記第1端面とは反対側の端面である第2端面と、前記第1方向及び前記第2方向に平行な端面である第3端面と、前記第1方向及び前記第2方向に平行かつ前記第3端面とは反対側の端面である第4端面とを有し、前記第1端面に前記第1正極内部電極の端部が露出し、前記第2端面に前記第1負極内部電極の端部が露出し、
前記第2圧電アクチュエータは、前記第1方向に垂直であり前記第2方向に平行な端面である第5端面と、前記第1方向に垂直であり前記第2方向に平行かつ前記第5端面とは反対側の端面である第6端面と、前記第1方向及び前記第2方向に平行な端面である第7端面と、前記第1方向及び前記第2方向に平行かつ前記第7端面とは反対側の端面である第8端面とを有し、前記第7端面に前記第2正極内部電極の端部が露出し、前記第8端面に前記第2負極内部電極の端部が露出する
振動発生装置。 The vibration generator according to claim 1,
The first piezoelectric actuator has a first end face perpendicular to the first direction and parallel to the second direction, and a first end face perpendicular to the first direction and parallel to the second direction. a second end face that is an end face on the opposite side, a third end face that is an end face parallel to the first direction and the second direction, and a third end face parallel to the first direction and the second direction and the third end face and a fourth end face that is the opposite end face, the end of the first positive electrode internal electrode is exposed on the first end face, the end of the first negative electrode internal electrode is exposed on the second end face,
The second piezoelectric actuator has a fifth end face perpendicular to the first direction and parallel to the second direction, and a fifth end face perpendicular to the first direction and parallel to the second direction. A sixth end surface that is an end surface on the opposite side, a seventh end surface that is an end surface parallel to the first direction and the second direction, and a seventh end surface parallel to the first direction and the second direction and the seventh end surface and an eighth end face which is an end face on the opposite side, the end of the second positive electrode internal electrode is exposed on the seventh end face, and the end of the second negative electrode internal electrode is exposed on the eighth end face. Generator.
前記第1方向に沿って1列で配列された複数の前記第2圧電アクチュエータを備え、
前記第7端面は前記第3端面に連続する面であり、
前記第8端面は前記第4端面に連続する面である
振動発生装置。 The vibration generator according to claim 2,
comprising a plurality of the second piezoelectric actuators arranged in a row along the first direction;
The seventh end surface is a surface continuous with the third end surface,
The vibration generator, wherein the eighth end surface is a surface continuous with the fourth end surface.
前記第1端面上、前記第3端面上及び前記第7端面上に設けられ、前記第1正極内部電極及び前記第2正極内部電極と導通する正極外部電極と、
前記第2端面上、前記第4端面上及び前記第8端面上に設けられ、前記第1負極内部電極及び前記第2負極内部電極と導通する負極外部電極と
をさらに具備する振動発生装置。 The vibration generator according to claim 3,
a positive electrode external electrode provided on the first end face, the third end face, and the seventh end face and electrically connected to the first positive electrode internal electrode and the second positive electrode internal electrode;
The vibration generating device further comprising: a negative electrode external electrode provided on the second end surface, the fourth end surface, and the eighth end surface and electrically connected to the first internal negative electrode and the second internal negative electrode.
前記第1端面上に設けられ、前記第1正極内部電極と導通する第1正極外部電極と、
前記第2端面上に設けられ、前記第1負極内部電極と導通する第1負極外部電極と、
前記第7端面上に設けられ、前記第2正極内部電極と導通する第2正極外部電極と、
前記第8端面上に設けられ、前記第2負極内部電極と導通する第2負極外部電極と
をさらに具備する振動発生装置。 The vibration generator according to claim 3,
a first positive electrode external electrode provided on the first end face and electrically connected to the first positive electrode internal electrode;
a first negative electrode external electrode provided on the second end surface and electrically connected to the first negative electrode internal electrode;
a second positive electrode external electrode provided on the seventh end face and electrically connected to the second positive electrode internal electrode;
The vibration generator further comprising: a second negative electrode external electrode provided on the eighth end surface and electrically connected to the second negative electrode internal electrode.
第1方向に沿って2列で配列された複数の前記第2圧電アクチュエータを備え、
前記第7端面は隣接する前記第2圧電アクチュエータの前記第7端面と対向し、
前記第8端面は前記第3端面及び前記第4端面に連続する面である
振動発生装置。 The vibration generator according to claim 2,
comprising a plurality of the second piezoelectric actuators arranged in two rows along the first direction;
the seventh end face faces the seventh end face of the adjacent second piezoelectric actuator;
The vibration generator, wherein the eighth end surface is a surface continuous with the third end surface and the fourth end surface.
前記第1端面上及び前記第7端面上に設けられ、前記第1正極内部電極及び前記第2正極内部電極と導通する正極外部電極と、
前記第2端面上、前記第3端面上、前記第4端面上及び前記第8端面上に設けられ、前記第1負極内部電極及び前記第2負極内部電極と導通する負極外部電極と
をさらに具備する振動発生装置。 The vibration generator according to claim 6,
a positive electrode external electrode provided on the first end face and the seventh end face and electrically connected to the first positive internal electrode and the second positive internal electrode;
a negative electrode external electrode provided on the second end surface, the third end surface, the fourth end surface, and the eighth end surface and electrically connected to the first internal negative electrode and the second internal negative electrode; vibration generator.
前記第1端面上に設けられ、前記第1正極内部電極と導通する第1正極外部電極と、
前記第2端面上に設けられ、前記第1負極内部電極と導通する第1負極外部電極と、
前記第7端面上に設けられ、前記第2正極内部電極と導通する第2正極外部電極と、
前記第8端面上に設けられ、前記第2負極内部電極と導通する第2負極外部電極と
をさらに具備する振動発生装置。 The vibration generator according to claim 6,
a first positive electrode external electrode provided on the first end face and electrically connected to the first positive electrode internal electrode;
a first negative electrode external electrode provided on the second end surface and electrically connected to the first negative electrode internal electrode;
a second positive electrode external electrode provided on the seventh end face and electrically connected to the second positive electrode internal electrode;
The vibration generator further comprising: a second negative electrode external electrode provided on the eighth end surface and electrically connected to the second negative electrode internal electrode.
周波数が1Hz以上250Hz以下である低周数領域の信号波を変調波とし、周波数が20kHz以上100kHz以下である高周波領域の正弦波を前記変調波によって振幅変調してなる波形を有する駆動信号を前記正極外部電極と前記負極外部電極に供給する駆動部をさらに具備する
振動発生装置。 The vibration generator according to claim 5 or 7,
A drive signal having a waveform obtained by amplitude-modulating a signal wave in a low-frequency region with a frequency of 1 Hz or more and 250 Hz or less as a modulated wave and a sine wave in a high-frequency region with a frequency of 20 kHz or more and 100 kHz or less by the modulated wave. A vibration generator, further comprising a driving unit for supplying power to the positive external electrode and the negative external electrode.
周波数が1Hz以上250Hz以下である低周数領域の信号波を変調波とし、周波数が20kHz以上100kHz以下である高周波領域の正弦波を前記変調波によって振幅変調してなる波形を有する駆動信号を前記第1正極外部電極と前記第1負極外部電極に供給する駆動部をさらに具備する
振動発生装置。 The vibration generator according to claim 6 or 8,
A drive signal having a waveform obtained by amplitude-modulating a signal wave in a low-frequency region with a frequency of 1 Hz or more and 250 Hz or less as a modulated wave and a sine wave in a high-frequency region with a frequency of 20 kHz or more and 100 kHz or less by the modulated wave. A vibration generating device, further comprising a driving unit that supplies power to the first positive external electrode and the first negative external electrode.
前記第1圧電アクチュエータに積層され、圧電材料からなる第2圧電体層と、前記第2圧電体層中に設けられた第2正極内部電極と、前記第2圧電体層中に設けられ、前記第2圧電体層を介して前記第2正極内部電極と対向する第2負極内部電極とを備え、前記第2正極内部電極と前記第2負極内部電極の間に電圧が印加されると、前記第2正極内部電極及び前記第2負極内部電極の電極面に垂直かつ前記第1方向に垂直な第2方向に沿って伸縮する第2圧電アクチュエータと
を具備する電子機器。 a first piezoelectric layer made of a piezoelectric material; a first positive internal electrode provided in the first piezoelectric layer; a positive internal electrode and a first negative internal electrode facing each other, wherein when a voltage is applied between the first positive internal electrode and the first negative internal electrode, the first positive internal electrode and the first negative internal electrode a first piezoelectric actuator that expands and contracts along a first direction parallel to the electrode surface of the electrode;
a second piezoelectric layer laminated on the first piezoelectric actuator and made of a piezoelectric material; a second positive electrode internal electrode provided in the second piezoelectric layer; A second negative internal electrode facing the second positive internal electrode via a second piezoelectric layer is provided, and when a voltage is applied between the second positive internal electrode and the second negative internal electrode, the An electronic device, comprising: a second piezoelectric actuator that expands and contracts along a second direction perpendicular to electrode surfaces of a second positive electrode internal electrode and the second negative electrode internal electrode and perpendicular to the first direction.
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