JP6323562B2 - 圧電振動装置の駆動装置及び駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧電共振子を有する圧電振動装置を駆動するための駆動装置及び駆動方法に関する。

近年、携帯電話機やウェアラブル端末では、着信等を知らせるための手段として振動源が組み込まれている。このような振動源として、例えば下記の特許文献１に記載の振動装置などが用いられ得る。特許文献１に記載の振動装置は、圧電共振子を用いている。より大きな振動を得るために、特許文献１では、圧電共振子の端部に重りが固定されている構造が開示されている。

ＷＯ２００９／１４１９７０Ａ１

携帯電話機やウェアラブル端末の筺体を振動させ、人に感知させるには、振動を筺体の外部によりよく伝達する必要がある。したがって、振動装置の駆動周波数は低いことが望ましい。そのため、圧電共振子の先端に重りを固定したり、圧電共振子を支持している金属板のバネ性を低めたりすることが試みられている。

また、圧電共振子の電気的共振周波数ではなく、筺体を含む振動系の機械的共振周波数近傍の周波数である駆動信号を印加して振動させた場合に、筺体が最も強く振動することが多い。

しかしながら、携帯電話機やウェアラブル端末が、机上に置かれた場合と、手で持った場合、または体に装着した場合で、筺体の振動強度が強くなる駆動周波数が変化することがわかった。従って、ある一定の周波数の駆動信号を印加して圧電共振子を振動させたとしても、筺体を十分強く振動させることができないことがあった。

本発明の目的は、圧電共振子を含む圧電振動装置によって被振動対象物を大きく振動させ得る圧電振動装置の駆動装置及び駆動方法を提供することにある。

本発明に係る圧電振動装置の駆動装置は、圧電共振子を含む圧電振動装置を駆動するための駆動装置であって、前記圧電共振子に交流駆動信号を与える駆動信号印加回路と、前記圧電共振子の共振周波数を含む一定の周波数範囲内において、前記交流駆動信号の周波数を掃引する駆動周波数掃引回路とを備える。

本発明に係る圧電振動装置の駆動装置のある特定の局面では、前記圧電振動装置が搭載される筐体と、前記圧電振動装置の振動により前記筐体に加えられている振動量を検出するように前記筐体内に設けられたセンサと、前記センサに接続されており、前記振動量が最大となる周波数が前記交流駆動信号の周波数範囲に含まれている場合には、前記駆動周波数掃引回路により前記一定の周波数範囲内で駆動信号の周波数を掃引させ、含まれていない場合には、前記交流駆動信号の周波数範囲を前記振動量が最大となる周波数を含む範囲へ変化させる制御装置とをさらに備える。

本発明に係る圧電振動装置の駆動装置の他の特定の局面では、前記制御装置は、前記振動量が最大となる周波数を含む範囲で前記交流駆動信号の周波数範囲を狭くなるように変化させる。

本発明に係る圧電振動装置の駆動方法は、圧電共振子を含む圧電振動装置の駆動方法であって、前記圧電共振子を含む振動系の共振周波数を含む一定の周波数範囲内において、前記圧電振動装置に印加する駆動信号の周波数を掃引することを特徴とする。

本発明に係る圧電振動装置の駆動方法のある特定の局面では、前記圧電振動装置が搭載される筐体と、前記筐体内において、前記筐体に前記圧電振動装置の振動により加えられた振動量を検出するセンサとをさらに備える圧電振動装置の駆動方法であって、前記センサから検出された前記振動量が最大となる周波数が前記交流駆動信号の周波数範囲に含まれている場合には、前記駆動信号の周波数を前記一定の周波数範囲内で掃引し、含まれていない場合には、前記駆動信号の周波数範囲を前記振動量が最大となる周波数を含む範囲へ変化させる。

本発明に係る圧電振動装置の駆動方法の他の特定の局面では、前記振動量が最大となる周波数を含む範囲で前記交流駆動信号の周波数範囲を狭くなるように変化させる。

本発明に係る圧電振動装置の駆動装置及び駆動方法によれば、圧電共振子及び筺体を含む振動系の共振周波数を含む一定の周波数範囲内において駆動信号の周波数を掃引するため、圧電共振子を含む圧電振動装置によって被振動対象物により大きな振動をさせ得る。

図１は、本発明の第１の実施形態で用いられる圧電振動装置の斜視図である。 図２は、本発明の第１の実施形態で用いられる圧電振動装置の正面断面図である。 図３は、第１の実施形態の圧電振動装置における駆動信号の周波数と、圧電振動装置から筐体に与えられる加速度との関係を示す図である。 図４は、本発明の第１の実施形態に係る圧電振動装置の駆動装置の概略構成図である。 図５は、本発明の第１の実施形態に係る圧電振動装置の駆動方法を説明するためのフロー図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。

なお、本明細書に記載の各実施形態は、例示的なものであり、異なる実施形態間において、構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることを指摘しておく。

本発明の第１の実施形態では、図１及び図２に示す圧電振動装置１を駆動する。圧電振動装置１は、金属板や合成樹脂板などからなる弾性板２を有する。弾性板２は、第１の弾性板部２ａと対向配置されている第２の弾性板部２ｂとを有する。

圧電振動装置１の長手方向を長さ方向、該長さ方向と直交し、圧電振動装置１の厚み方向と直交する方向を幅方向とする。

第１の弾性板部２ａと、第２の弾性板部２ｂとは、屈曲連結部２ｃにより接続されている。

第１の弾性板部２ａの内面に、圧電共振子３が設けられている。圧電共振子３は、積層型圧電セラミック振動素子からなる。

第１の弾性板部２ａは、圧電共振子３の伸縮に伴い、長さ方向に延びる状態と縮む状態との間で変位するように振動する。それに伴って、第１の弾性板部２ａの先端が、上方に位置した状態と、下方に位置した状態との間で変位を繰り返し、振動する。

第２の弾性板部２ｂの内面に回路基板９が取り付けられている。この回路基板９は、圧電振動装置に駆動信号を供給するための配線を形成している。また、圧電振動装置１を駆動する駆動回路をあわせて構成してもよい。

第１の弾性板部２ａの先端には、質量付加部材１３が固定されている。

このような圧電振動装置１では、駆動装置により、圧電共振子３に交流駆動信号を印加する。ところで、この種の圧電振動装置１を、携帯電話機やウェアラブル端末の着信報知用に用いる場合、前述したように、比較的低い共振周波数で振動させる。圧電共振子３の共振周波数は、１００Ｈｚ以上、３００Ｈｚ以下である。従って、圧電振動装置１もこのような低い周波数帯において共振する。

もっとも、振動強度は、必ずしも圧電振動装置１の電気的共振周波数の駆動信号を印加した場合において最も強いとは限らない。実際には、機械的共振周波数近くの駆動信号を印加した場合において最も強く振動することがわかっている。

また、前述したように、携帯電話機やウェアラブル端末では、机上に置かれた場合と、手で持った場合、または体に装着した場合で、振動強度が強くなる駆動信号の周波数が変化する。よって、従来のように一定の周波数の駆動信号を印加する圧電振動装置の駆動装置では、必ずしも十分な振動量を筐体に与えることができなかった。

図４は、第１の実施形態の圧電振動装置及びその駆動装置を含むウェアラブル端末の概略構成図である。

ウェアラブル端末２０は、筐体２１を有する。筐体２１内には、ウェアラブル端末２０を構成する様々な回路部品及び機械要素等が収納されているが、図４では、圧電振動装置１とその駆動装置が構成されている部分のみを略図的に示す。

筐体２１内には、圧電振動装置１が固定されている。圧電振動装置１は、図４では、略図的に設けられている位置のみを示す。圧電振動装置１が振動することにより、筐体２１が圧電振動装置１の振動を受けて振動する。すなわち、圧電振動装置１の振動により、相互に逆方向に作用する加速度が筐体２１に繰り返し与えられることになる。

筐体２１内には、センサ２３が内蔵されている。センサ２３は、筐体２１に加わっている加速度を検出するために設けられている加速度センサである。加速度が、本発明の「振動量」に相当する。

センサ２３は、制御装置２５に接続されており、センサ２３により検出された加速度を表す信号が制御装置２５に与えられる。

他方、圧電振動装置１は、駆動回路２２に接続されている。この駆動回路２２は、駆動信号印加回路２２ａと、駆動周波数掃引回路２２ｂとを有する。駆動信号印加回路２２ａが圧電振動装置１に電気的に接続されている。駆動信号印加回路２２ａは、圧電振動装置１の圧電共振子に交流駆動信号を印加する。駆動信号印加回路２２ａに駆動周波数掃引回路２２ｂが接続されている。駆動周波数掃引回路２２ｂは、駆動信号の周波数を、圧電共振子３及び筺体を含む振動系の共振周波数を含む一定の周波数範囲内において掃引させる機能を有する。これにより、駆動回路２２は、周波数を、圧電共振子３及び筺体を含む振動系の共振周波数を含む一定の周波数範囲内において掃引させた交流駆動信号を、圧電振動装置１の圧電共振子に印加することができる。

上記駆動周波数掃引回路２２ｂ及び駆動信号印加回路２２ａは制御装置２５に接続されている。また、制御装置２５には、メモリ２４が接続されている。メモリ２４は、前述した一定の周波数範囲を予め記憶している。

図５を参照して、本実施形態の圧電振動装置における駆動方法を説明する。

なお、上記圧電振動装置１を振動させた場合、筐体２１に加速度が加えられる。この加速度は、筐体２１に加わる振動量に相当する。この加速度の大きさが、圧電共振子の駆動周波数によって変化する。図３は、圧電振動装置１の駆動信号の周波数と、筺体２１の加速度との関係の一例を示す図である。図３に示すように、２６７Ｈｚ付近の周波数の駆動信号を与えた場合、加速度が最も大きいことがわかる。そして、加速度は、２６７Ｈｚから遠ざかるにつれて、かなり小さくなっていくことがわかる。

本実施形態では、上記駆動信号の周波数を一定の周波数範囲内で掃引する。メモリ２４には、一定の周波数範囲として、２５４Ｈｚから２８０Ｈｚまでの周波数範囲が記憶されている。本実施形態では、一定の周波数範囲内で駆動信号の周波数が掃引される交流駆動信号は、例えば一定の周波数の範囲で時間とともに周波数を変化させるチャープ波である。

このようにしているので、圧電振動装置の状態による共振周波数の変動にかかわらず、常に最適な振動を発生させることができる。

図５に圧電振動装置の駆動方法を説明するフローチャートを示す。

ステップＳ１において交流駆動信号を圧電振動装置１に印加し、圧電振動装置１を振動させる。より具体的には、制御装置２５は、駆動信号印加回路２２ａから、交流駆動信号を圧電振動装置１に与えさせる。その結果、圧電振動装置１の圧電共振子が伸縮し、圧電振動装置１が振動する。圧電振動装置１が振動すると、筐体２１にその振動が伝わり、筐体２１に加速度が加わる。すなわち、筐体２１に互いに逆方向の加速度が繰り返し与えられることになる。

ステップＳ２において、センサ２３により加速度などの圧電振動装置１の振動量を検出する。この振動量を示す信号が、制御装置２５に与えられる。

ステップＳ３において、制御装置２５は、振動量があらかじめメモリ２４に記憶されている目標値の範囲内か否かを判断する。すなわち、振動量が最大となる周波数が交流駆動信号の周波数範囲に含まれている場合には、ステップＳ４に遷移し、ステップＳ１における周波数範囲の駆動信号で振動を継続させる。ステップＳ３において、振動量が目標値の範囲内に含まれない場合、すなわち振動量が最大となる周波数が交流駆動信号の周波数範囲に含まれていない場合には、ステップＳ５に遷移し、掃引する周波数範囲を一定としたまま駆動信号の中心周波数を変化させる。そして、再度ステップＳ１に遷移し、振動を続ける。

従って、本実施形態の駆動方法によれば、筐体２１に加えられる振動量が比較的大きい周波数で、圧電共振子を駆動することができる。したがって、圧電共振子を含む圧電振動装置によって被振動対象物を大きく振動させ得る。

なお、好ましくは、上記加速度すなわち振動量が最大となる周波数を含む範囲で、周波数掃引範囲を狭くなるように変化させることが望ましい。それによって、より一層高い振動強度で確実に圧電振動装置１を振動させることができる。

なお、上記実施形態では、センサ２３と制御装置２５とを用いていた。しかしながら、本発明では、このような制御装置２５及びセンサ２３を用いずともよい。すなわち、駆動周波数掃引回路２２ｂにより、一定の周波数範囲内で掃引を繰り返すことにより、駆動信号印加回路２２ａにより圧電振動装置１を駆動してもよい。この場合であっても、一定の周波数範囲内において駆動信号の周波数が掃引されるため、圧電振動装置１は、必ず振動強度が高い周波数で駆動されることとなる。従って、上記共振周波数を含む一定の周波数範囲を、十分な振動量が得られる一定の周波数範囲内とすれば、上記制御装置２５を用いずとも、圧電振動装置１を高い振動強度で振動させることができる。

例えば、共振周波数のばらつき及び変動が±１０Ｈｚ以内であることが予め求められている場合には、それを含む周波数範囲で駆動信号の周波数を掃引しつつ、圧電共振子に駆動信号を与えればよい。

駆動周波数掃引回路及び駆動信号印加回路はそれぞれ、制御回路もしくは圧電振動装置に内蔵されていてもよい。

なお、上記実施形態では、センサ２３は加速度センサであり、振動量として加速度を検出したが、振動量の検出には発音部品用の振動板などで代用してもよいし、振動量として、加速度以外の筺体の歪み量を用いて検出してもよい。

１…圧電振動装置
２…弾性板
２ａ…第１の弾性板部
２ｂ…第２の弾性板部
２ｃ…屈曲連結部
３…圧電共振子
９…回路基板
１３…質量付加部材
２０…ウェアラブル端末
２１…筐体
２２…駆動回路
２２ａ…駆動信号印加回路
２２ｂ…駆動周波数掃引回路
２３…センサ
２４…メモリ
２５…制御装置

Claims (5)

1. 圧電共振子を含む圧電振動装置を駆動するための駆動装置であって、
   前記圧電共振子に交流駆動信号を与える駆動信号印加回路と、
   前記圧電共振子の共振周波数を含む一定の周波数範囲内において、前記交流駆動信号の周波数を掃引する駆動周波数掃引回路と、
   前記圧電振動装置が搭載される筐体と、
   前記圧電振動装置の振動により前記筐体に加えられている振動量を検出するように前記筐体内に設けられたセンサと、
   前記センサに接続されており、前記振動量が最大となる周波数が前記交流駆動信号の周波数範囲に含まれている場合には、前記駆動周波数掃引回路により前記一定の周波数範囲内で駆動信号の周波数を掃引させ、含まれていない場合には、前記交流駆動信号の周波数範囲を前記振動量が最大となる周波数を含む範囲へ変化させる制御装置と、
   を備える、圧電振動装置の駆動装置。
2. 前記制御装置は、前記振動量が最大となる周波数を含む範囲で前記交流駆動信号の周波数範囲を狭くなるように変化させる、請求項１に記載の圧電振動装置の駆動装置。
3. 圧電共振子を含む圧電振動装置を駆動する駆動装置を用いた駆動方法であって、
   前記圧電振動装置の駆動装置は、前記圧電共振子に交流駆動信号を与える駆動信号印加回路と、前記圧電共振子の共振周波数を含む一定の周波数範囲内において、前記交流駆動信号の周波数を掃引する駆動周波数掃引回路と、前記圧電振動装置が搭載される筐体と、前記圧電振動装置の振動により前記筐体に加えられている振動量を検出するように前記筐体内に設けられたセンサと、前記センサに接続されており、前記振動量が最大となる周波数が前記交流駆動信号の周波数範囲に含まれている場合には、前記駆動周波数掃引回路により前記一定の周波数範囲内で駆動信号の周波数を掃引させ、含まれていない場合には、前記交流駆動信号の周波数範囲を前記振動量が最大となる周波数を含む範囲へ変化させる制御装置とを備え、
   前記圧電共振子を含む振動系の共振周波数を含む一定の周波数範囲内において、前記圧電振動装置に印加する駆動信号の周波数を掃引する、圧電振動装置の駆動方法。
4. 前記センサから検出された前記振動量が最大となる周波数が前記交流駆動信号の周波数範囲に含まれている場合には、前記駆動信号の周波数を前記一定の周波数範囲内で掃引し、含まれていない場合には、前記駆動信号の周波数範囲を前記振動量が最大となる周波数を含む範囲へ変化させる、請求項３に記載の圧電振動装置の駆動方法。
5. 前記振動量が最大となる周波数を含む範囲で前記交流駆動信号の周波数範囲を狭くなるように変化させる、請求項４に記載の圧電振動装置の駆動方法。

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