JP4246015B2 - 撓み振動型エキサイタ - Google Patents

Description

本発明は、携帯用の小型電話機などの小型端末機器に利用される撓み振動型エキサイタに関するものである。

従来、バイモルフ型やモノモルフ型などの撓み振動型エキサイタが開発されてきた。例えば、片面に圧電体層を形成したビームと呼ばれる金属板の中央部分を支持し、この圧電体層の厚み方向に交流の信号電圧を印加することによってその長手方向への伸縮を行わせ、これによってビームに撓み振動を励振するモノモルフ形式の撓み振動型エキサイタが知られている（特許文献１）。本出願人は、このような撓み振動型エキサイタによって表示装置の透明保護板を兼ねる振動板に撓み振動を励振するという構造のパネル型スピーカについて特許出願を行った（特許文献２）。

特開２０００−１３４６９７号公報（図１−図５） 特願２００３−１８９９３５号（図１−図４）

上記特許文献１に例示されるように、従来の撓み振動型エキサイタでは、ビームの中央部分を保持壁に接着剤で固定している。このため、振動エネルギーの一部が接着剤層に吸収されることにより、振動のＱ値が広帯域化に必要な程度を越えて低下するという問題がある。また、振動環境と経年変化に伴う接着強度の低下も問題となる。

さらに、従来の撓み振動型エキサイタでは、圧電体層の表面に形成した電極層にリード線をハンダ付けや導電性の接着剤で接続する構成を採用している。このため、電極層にリード線をハンダ付けする場合、圧電体の温度上昇に伴うその電気機械変換特性の劣化が問題になる。また、電極層にリード線を導電性接着剤で接着する場合、振動環境下での導電塗料の接着力の低下が問題になる。従って、本発明の目的は、振動のＱ値を必要以上に低下させるおそれのある接着材を主体とすることなく、また、簡易で信頼性の高い電極層への給電機構を備えた撓み振動型エキサイタを提供することにある。

上記従来技術の課題を解決する本発明の撓み振動型エキサイタは、矩形状の金属板の上に圧電体層および電極層の積層構造が形成されたビームと、このビームをその長手方向の中央部分で保持する保持機構と、前記ビームの電極層に励振電力を供給する給電回路とを備えている。そして、上記保持機構は、上記ビームを通過させる開口を有する隔壁が中央部分に形成された保持台と、上記隔壁の開口内において上記ビームの幅方向に沿ってかつこのビームの表面と裏面に接触しながら延長されてこのビームを弾力的に保持するヘアピン状の弾性保持部材から構成されている。

本発明の撓み振動型エキサイタは、ヘアピン状の弾性保持部材を用いてビームを弾力的に保持する（挟み持つ）構成であるから，ビームを接着固定する従来のエキサイタとは異なり、機械的な共振のＱ値を必要以上に低下させることなく、ビームを安定に保持できるという固有の効果が奏される。

本発明の一つの好適な実施の形態によれば、弾性保持部材がビームの表面に形成された電極層に接触せしめられて給電端子の一部を構成することにより、圧電体の特性の劣化を招きやすいハンダ付けや、導電性接着剤などを使用したリード線とビームの接続が不要になり、振動特性の向上、組み立て作業の簡易化、信頼性の向上が実現可能になる。

本発明の他の好適な実施の形態によれば、上記ヘアピン状の弾性保持部材は、その長手方向に緩慢な凹凸を形成しながら延長されることにより、ビームに対する弾性保持を一層確実にするように構成されている。

本発明のさらに他の好適な実施の形態によれば、上記弾性保持部材の上記凹部には上記ビームに接触せしめられる突起が形成されることにより、ビームに対する弾性保持を一層確実にするように構成されている。

本発明のさらに他の好適な実施の形態によれば、上記高さ方向に複数形成された電極層は上記圧電体層の端部で互いに連結されることにより、給電端子の一部を構成する弾性保持部材と電極層との間の接触箇所の個数を低減し、給電端子の簡易化と信頼性の向上を図っている。

本発明のさらに他の好適な実施の形態によれば、上記圧電体層および電極層の積層構造は上記金属板の表裏両面上に対称に形成されることにより、励振能力の向上が実現されるように構成されている。

本発明のさらに他の好適な実施の形態によれば、上記保持体の上記開口の周辺部と上記ビームとの間に接着剤層が形成されることにより、振動のＱ値の必要以上の低下を抑制しながら、保持の信頼性をさらに高めるように構成されている。

図１は本発明の一実施例の撓み振動型エキサイタの構成を示す斜視図である。このエキサイタは、長さの異なる２本のビーム１１，１２と、これらのビームを保持し、収容する保持台２０を備えている。保持台２０は、長手方向に延長されるコの字形状のケース２１と、このケース２１の内部をその長手方向に仕切る隔壁２２と、ケース２１の剛性を高めるためにその両端部を補強する支柱２３，２４とを備えている。

図２は、保持台２０の正面図である。この正面図を参照すると、隔壁２２には、保持台２０の幅方向に隔壁２２を貫通する矩形断面の４個の開口２２１，２２２，２２３，２２４が形成されている。再び図１を参照すると、ビーム１１は細長い板状を呈し、その長手方向の中央部分が隔壁２２に形成された２個の開口２２１，２２２の内部においてヘアピン状の弾性保持部材を用いて保持される。同様に、ビーム１２も細長い板状を呈し、その長手方向の中央部分が隔壁２２に形成された２個の開口２２３，２２４の内部においてヘアピン状の弾性保持部材を用いて保持される。

図３は、上記ヘアピン状の弾性保持部材の一つである弾性保持部材３１の平面図（Ａ）と、側面図（Ｂ）である。この弾性保持部材３１は、燐青銅などのバネ材を素材とし、表面にニッケルメッキ層を介在させながら金メッキ層が形成されている。この弾性保持部材３１は、板状のものが長手方向に折り返されることにより、ヘアピン状の形状を呈している。折り返された上下それぞれの部分は、長手方向に緩慢な凹凸を形成しながら延長され、上下部分の対向する凹部には互いに接近するように突出する突起３１１，３１２，３１３，３１４が形成されている。このヘアピン状の弾性保持部材３１は、図４の部分断面図に示すように、保持台２０の隔壁２２に形成された開口２２１の内部に挿入される。同様に、開口２２１の上部の開口２２３の内部には、他の弾性保持部材３３が挿入される。

図５は、保持台２０の中央部分の背面図であり、４個の開口のそれぞれの内部に４個の弾性保持部材のみが挿入された状態を示している。すなわち、隔壁２２に形成された４個の開口２２１，２２２，２２３，２２４の内部に４個の弾性保持部材３１，３２，３３，３４が挿入される。図６の背面図は、上記４個の開口内に４個の弾性保持部材３１〜３４と２本のビーム１１，１２が保持された状態を示している。開口内にビームを挿入してからそれぞれの開口内に弾性保持部材が挿入される。

図７は、図１の実施例におけるビーム１１の詳細な構造を示す断面図である。この断面図は、図中の左右方向がビームの長手方向であり、図示の便宜上、長手方向のみ大幅に縮小した状態で示してある。このビーム１１は、燐青銅などのバネ材を素材とする金属板１１０の表面側に電極層を介在させながら圧電体層１１１，１１２，１１３が３層にわたって積層されている。同じく、金属板１１０の裏面側には、電気絶縁体層１２１と、電極層を介在させながら圧電体層１１４，１１５，１１６が３層にわたって積層されている。

表面側の電極層は圧電体層１１１，１１２，１１３のそれぞれの端部で互いに連結されている。これにより、３層の圧電体層のそれぞれの表裏両面において対向する合計４層の電極層が二つの電極層１１７と１１８とによって実現されている。同様に、裏面側の電極層は圧電体層１１４，１１５，１１６のそれぞれの端部で互いに連結されている。これにより、３層の圧電体層のそれぞれの表裏両面において対向する合計４層の電極層が二つの電極層１１９と１２０とに実現されている。表裏それぞれの側における左側の電極層１１７と１１９にはこれらと接触する左側の弾性保持部材３１から正極性の電圧が供給される。また、表裏それぞれの側における右側の電極層１１８と１２０にはこれらと接触する右側の弾性保持部材３２から負極性の電圧が供給される。これら印加電圧の極性は、ある瞬間について示したものであり、実際には極性は交流音声信号の周波数で交番される。すなわち、弾性保持部材３１と３２には互いに逆極性の交流電圧が印加される。弾性保持部材と電極層との接触面積を増加させるため、各弾性保持部材の表面には、ニッケルメッキ層を下地とする展性の大きな金のメッキ層が形成されている。

金属板１１０の表面側の圧電体層１１１と１１２には金属板１１０の長手方向の全域にわたって表裏両面の電極層間に逆極性の交流電圧が印加され、金属板１１０の長手方向に伸縮する。これに対して、金属板１１０の表面側の圧電体層１１３については、金属板１１０の左側では表裏両面の電極間に逆極性の電圧が印加されて長手方向への伸縮を行うが、右側では表裏両面の電極間に同一極性の電圧が印加されるため長手方向への伸縮を行わない。なお、金属板１１０の表面側のすべての圧電体層１１１，１１２，１１３が一斉に伸長または縮小するように、印加電圧の極性と伸縮の方向が各圧電体層ごとに予め設定されている。すなわち、同一極性の交流電圧が印加される圧電体層１１１と１１３については印加電圧の極性と伸縮の方向が同一の向きに設定され、中間の圧電体層１１２については、印加電圧の極性と伸縮の方向が逆向きに設定される。

また、金属板１１０の裏面側の圧電体層１１４と１１５には金属板１１０の長手方向の全域にわたって表裏両面の電極層間に逆極性の交流電圧が印加され、金属板１１０の長手方向に伸縮する。これに対して、金属板１１０の裏面側の圧電体層１１６については、金属板１１０の右側では表裏両面の電極間に逆極性の電圧が印加されて長手方向への伸縮を行うが、左側では表裏両面の電極間に同一極性の電圧が印加されるため長手方向への伸縮を行わない。なお、金属板１１０の裏面側の全ての圧電体層１１４，１１５，１１６が一斉に伸長または縮小するように、印加電圧の極性と伸縮の方向が各圧電体層ごとに予め設定されている。すなわち、同一極性の交流電圧が印加される圧電体層１１４と１１６については印加電圧の極性と伸縮の方向が同一の向きに設定され、中間の圧電体層１１５については、印加電圧の極性と伸縮の方向が逆向きに設定される。さらに、上記各圧電体層１１４，１１５，１１６の伸縮は、金属板１１０の表面側の各圧電体層の伸縮と逆位相となるように、裏面側の各圧電体層の印加電圧と伸縮の向きが設定されている。

この結果、金属板１１０の表面側の三つの圧電体層が金属板１１０の長手方向に伸長すると、金属板１１０の裏面側の三つの圧電体層が金属板１１０の長手方向に縮小し、これとは逆に、表面側の三つの圧電体層が長手方向に縮小すると、裏面側の三つの圧電体層が長手方向に伸長する。このように、金属板１１０の表面側と裏面側とで、長手方向への反対の伸縮力が作用することにより、ビーム１１が撓み振動を行う。さらに、金属板１１０の表面側の右側と裏面側の左側においては、最上層の圧電体層１１３と１１６には厚み方向への電圧が印加されないため、長手方向への伸縮をまったく行わず、ビーム１１の撓み振動には全く寄与しない。

このように、撓み振動に寄与しない不能部分を発生させても、図７のような給電構造を採用することにより、ビームの長手方向の中央部分において隣接する２箇所の表裏両面に逆極性（位相）の交流信号を供給するという、極めて簡易な構成により効率のよい撓み振動を励振することができる。

図８は、図１の実施例の撓み振動型エキサイタを構成するビーム１１の詳細な構造の他の一例を示す断面図である。この断面図においても、図７の場合と同様に、図中の左右方向がビームの長手方向であり、図示の便宜上、長手方向のみ大幅に縮小した状態で示してある。本図中、図７と同一の参照符号を付した要素は、図７に関して既に説明した構成要素と同一のものであり、これらについては重複する説明を省略する。図８の構造は、図７の構造において表裏各面の最下層の電極層が逆極性のため、一方（図７では裏面側）に電気絶縁体の層１２１を形成する必要があったのを、表裏両面の最下層の電極層を同極性にすることにより、絶縁体層１２１を不要としたものである。

図８の構造では、表面側の最上層１１８の右側と、裏面側の最上層１１６の右側とに撓み振動に寄与しない不能部分が発生する。このように、ビームの左右両側において撓み振動を励振するための駆動力に不平衡が生じても、音響特性上なんらの不都合も生じないことが実験的に確認された。図８の構造によれば、ビームの表裏両面の最外側の電極層を上下から弾性保持部材で挟み持つという、極めて簡易な構成により、ビームの機械的な保持と電極層への給電を弾性保持部材を使用することにより実現することができる。

以上、金属板の表裏両面に３層の圧電体層を形成する構成を例示した。しかしながら、それぞれ１層だけ、あるいは２層だけの圧電体層を形成することもできるし、逆に、４層以上の圧電体層を形成することもできる。また、金属板の表裏両面に圧電体層を形成するバイモルフの構成を例示した。しかしながら、金属板の表裏一方の面にのみ圧電体層を形成するモノモルフの構成を採用することもできる。

さらに、ビームを弾性保持部材のみによって弾性的に保持する構成を例示した。しかしながら、この弾性保持部材による保持に加えて、ゴム系の接着剤などを用いた接着固定の手法を併用することもできる。この接着固定は、弾性保持の補助として行われるため使用される接着剤は少量で済み、振動のＱ値の必要以上の低下が回避される。

本発明の一実施例の撓み振動型エキサイタの構成を示す斜視図である。 図１の保持台２０の構成を示す正面図である。 図１の実施例に使用する弾性保持部材の構造を示す平面図（Ａ）と側面図（Ｂ）であ る。 弾性保持部材を保持台の隔壁内に形成された開口に挿入する様子を示す部分断面図で ある。 弾性保持部材を保持台の隔壁内に形成された開口に挿入した状態を示す保持台の背面 図ある。 弾性保持部材とビームを保持台の隔壁内に形成された開口に挿入した状態を示す保持 台の背面図である。 図１の実施例の撓み振動型エキサイタのビームの構造の具体的な一例を拡大して示す 拡大断面図である。 図１の実施例の撓み振動型エキサイタのビームの構造の具体的な他の一例を拡大して 示す拡大断面図である。

符号の説明

11,12 ビーム
110 金属板
111 〜116 圧電体層
117 〜120 電極層
20 保持台
21 ケース
22 隔壁
221 〜224 開口
23,24 支柱
31 〜34 弾性保持部材
311 〜314 突起

Claims (8)

1. 矩形状の金属板の上に圧電体層および電極層の積層構造が形成されたビームと、このビームをその長手方向の中央部分で保持する保持機構と、前記ビームの電極層に励振電力を供給する給電端子とを備え、このビームに撓み振動を励振する撓み振動型エキサイタにおいて、
   前記保持機構は、ヘアピン状の弾性保持部材が挿入される開口と、前記ビームが貫通す る隔壁が中央部分に形成された保持台と、前記隔壁の開口内において前記ビームの幅方 向に沿ってかつこのビームの表面と裏面に接触しながら延長されてこのビームを弾力的 に保持するヘアピン状の弾性保持部材とから成ることを特徴とする撓み振動型エキサイ タ。
2. 請求項１において、
   前記弾性保持部材は、前記ビームの表面に形成された電極層に接触せしめられることにより、前記給電端子の一部を構成することを特徴とする撓み振動型エキサイタ。
3. 請求項１または２のいずれかにおいて、
   前記ヘアピン状の弾性保持部材は、その長手方向に緩慢な凹凸を形成しながら延長さ れることを特徴とする撓み振動型エキサイタ。
4. 請求項３において、
   前記弾性保持部材の前記凹部には前記ビームに接触せしめられる突起が形成されたことを特徴とする撓み振動型エキサイタ。
5. 請求項１乃至４のいずれかにおいて、
   前記圧電体層及び電極層の積層構造は高さ方向に複数形成されたことを特徴とする撓 み振動型エキサイタ。
6. 請求項５において、
   前記高さ方向に複数形成された電極層は前記圧電体層の端部で互いに連結されたことを特徴とする撓み振動型エキサイタ。
7. 請求項１乃至６のいずれかにおいて、
   前記圧電体層及び電極層の積層構造は、前記金属板の表面と裏面の上に形成されたことを特徴とする撓み振動型エキサイタ。
8. 請求項１乃至７のいずれかにおいて、
   前記保持機構の前記開口の周辺部と前記ビームとの間に接着剤層が形成されたことを特徴とする撓み振動型エキサイタ。

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