JP6346166B2 - Piezoelectric vibration generator - Google Patents
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Description
本発明は、圧電振動発生デバイスに関するものである。 The present invention relates to a piezoelectric vibration generating device.
特開2011−245437号(特許文献1)には、スマートフォンや携帯電話等の携帯端末やタブレット端末等に用いられて、表示画面を触ったときに表示画面を振動させるための圧電振動発生デバイスの一例が開示されている。この圧電振動発生デバイスは、一端が台座に接着剤により固定された金属製の一対の振動板と、一対の振動板の間に固定された錘と、一対の振動板に固定された一対の圧電振動素子とから構成されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-245437 (Patent Document 1) describes a piezoelectric vibration generating device that is used in mobile terminals such as smartphones and mobile phones, tablet terminals, and the like to vibrate the display screen when touched. An example is disclosed. The piezoelectric vibration generating device includes a pair of metal vibration plates whose one ends are fixed to a pedestal with an adhesive, a weight fixed between the pair of vibration plates, and a pair of piezoelectric vibration elements fixed to the pair of vibration plates. It consists of and.
特許文献1に記載の圧電振動発生デバイスでは、一対の振動板の間に錘が固定されているために、圧電振動素子の面積が小さくなり、デバイスを小型化すると、発生する振動を大きくすることに限界があった。また一対の振動板を台座に接着剤を用いて接合しているため、長期間使用すると、振動板と台座との接合部に亀裂が入って振動周波数が変わってしまう問題が発生する。
In the piezoelectric vibration generating device described in
本発明の目的は、小型化しても大きな振動を発生することができ、しかも長寿命の圧電振動発生デバイスを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a piezoelectric vibration generating device that can generate a large vibration even if it is downsized and has a long life.
本発明は、両端部が台座に固定された金属製の振動板と、振動板の厚み方向の一方の面側に配置されて振動板に対して固定された錘と、振動板の厚み方向の他方の面上に固定された圧電振動素子とからなる圧電振動デバイスを改良の対象とする。台座は金属から形成されており、振動板の両端部が台座に溶接されている。そして振動板は、台座に溶接された両端部と圧電振動素子との間に、溶接により発生した応力を吸収するように変形する変形部をそれぞれ一体に備えている。具体的な変形部は、溶接により発生した応力を吸収するように振動板の厚み方向の一方側に凸となり且つ厚み方向の他方側に凹となる形状を有している。振動板を台座に溶接により固定すると、振動板と台座との接合部で破壊が発生することを防止できるので、デバイスの長寿命化が可能になる。溶接により振動板の両端部と台座とを接合すると、溶接時の熱で振動板に発生する応力で、振動板が反り、振動周波数がばらつく問題が発生する。本発明においては、振動板に設けた変形部(具体的には厚み方向の一方側に凸となり且つ厚み方向の他方側に凹となる変形部)が、溶接により発生した応力を吸収するように変形するため、振動板が反ることがなく、振動周波数のバラツキの発生を防止できる利点が得られる。 The present invention includes a metal diaphragm having both ends fixed to a pedestal, a weight disposed on one surface side in the thickness direction of the diaphragm and fixed to the diaphragm, and a thickness direction of the diaphragm A piezoelectric vibration device including a piezoelectric vibration element fixed on the other surface is an object to be improved. The base is made of metal, and both end portions of the diaphragm are welded to the base. The diaphragm is integrally provided with a deforming portion that deforms so as to absorb the stress generated by welding between the both ends welded to the pedestal and the piezoelectric vibration element. The specific deformed portion has a shape that is convex on one side in the thickness direction of the diaphragm and concave on the other side in the thickness direction so as to absorb the stress generated by welding. If the diaphragm is fixed to the pedestal by welding, it is possible to prevent the breakage from occurring at the joint between the diaphragm and the pedestal, thereby extending the life of the device. When both ends of the diaphragm and the pedestal are joined by welding, there arises a problem that the diaphragm is warped by the stress generated in the diaphragm due to heat during welding and the vibration frequency varies. In the present invention, the deformed portion provided on the diaphragm (specifically, the deformed portion that is convex on one side in the thickness direction and concave on the other side in the thickness direction) absorbs the stress generated by welding. Due to the deformation, there is an advantage that the vibration plate does not warp and the occurrence of variations in vibration frequency can be prevented.
具体的な変形部は、厚み方向に切断したときの断面形状が円弧状またはU字状を呈していてもよく、また厚み方向に切断したときの断面形状がV字状を呈していてもよい。 Specifically, the deformed portion may have an arc shape or a U-shaped cross section when cut in the thickness direction, and may have a V shape when cut in the thickness direction. .
振動板の長手方向に測った変形部の長さが長くなりすぎると、振動周波数が低くなり過ぎる問題が発生する。この問題を解決するためには、変形部を振動板の長手方向及び厚み方向と直交する幅方向の両側に開口する形状にする。このように構成すると、振動板の長手方向に測った変形部の長さが長くなりすぎることがないので、振動周波数を低下させることなく、溶接により発生した応力を吸収することができる。 If the length of the deformed portion measured in the longitudinal direction of the diaphragm becomes too long, there arises a problem that the vibration frequency becomes too low. In order to solve this problem, the deformed portion is formed in a shape that opens on both sides in the width direction perpendicular to the longitudinal direction and the thickness direction of the diaphragm. If comprised in this way, since the length of the deformation | transformation part measured to the longitudinal direction of the diaphragm will not become long too much, the stress which generate | occur | produced by welding can be absorbed, without reducing a vibration frequency.
なお錘は金属から形成することができる。この場合、圧電振動素子の長手方向の寸法は、錘を振動板に対して固定する部分の長手方向の寸法よりも長くする。そして振動板の中央部には、幅方向に対向する一対の縁部に厚み方向の一方側に延びる一対の挟持部を一体に形成し、一対の挟持部を錘に溶接するのが好ましい。このようにすると錘の脱落を確実に防止することができる。また一対の挟持部で支持した状態にして、錘を振動板の一方の面と接触しないようにしてもよい。このようにすると錘を振動板の一方の面に直接固定する場合より、振動板の振動を滑らかなものとすることができ、しかも圧電振動素子にクラックが入ることを防止できる。 The weight can be made of metal. In this case, the dimension in the longitudinal direction of the piezoelectric vibration element is made longer than the dimension in the longitudinal direction of the portion for fixing the weight to the diaphragm. Preferably, a pair of sandwiching portions extending to one side in the thickness direction are integrally formed on a pair of edge portions facing in the width direction at the center portion of the diaphragm, and the pair of sandwiching portions are welded to the weight. In this way, the weight can be reliably prevented from falling off. Further, the weight may be supported by the pair of sandwiching portions so that the weight does not contact one surface of the diaphragm. In this way, the vibration of the diaphragm can be made smoother than the case where the weight is directly fixed to one surface of the diaphragm, and cracks can be prevented from entering the piezoelectric vibration element.
なお錘を振動板の一方の面に固定する場合には、振動板の一方の面と錘との間に錘の金属及び振動板よりも軟質の緩衝材を配置するのが好ましい。このようにすると錘の振動板側の角部から振動板を介して圧電振動素子に力が加わることを防止して、圧電振動素子にクラックが入ることを有効に防止することができ、デバイスの長寿命化を図ることができる。なお緩衝材としては、シリコーン系接着剤やシリコーンゴムを用いることができる。また圧電振動素子を、エポキシ系の接着剤により振動板に接合するのが好ましい。このような材料を用いると、圧電振動素子と振動板との間の剥離を防止することができ、しかも圧電振動素子にクラックが入ることを防止することができる。 When the weight is fixed to one surface of the diaphragm, it is preferable to dispose a shock absorbing material softer than the metal of the weight and the diaphragm between the one surface of the diaphragm and the weight. In this way, it is possible to prevent force from being applied to the piezoelectric vibration element from the corner of the weight on the vibration plate side via the vibration plate, and to effectively prevent cracks in the piezoelectric vibration element. Long life can be achieved. A silicone adhesive or silicone rubber can be used as the buffer material. The piezoelectric vibration element is preferably bonded to the diaphragm with an epoxy adhesive. When such a material is used, peeling between the piezoelectric vibration element and the diaphragm can be prevented, and cracks can be prevented from entering the piezoelectric vibration element.
以下図面を参照して本発明の圧電振動発生デバイスの実施の形態について説明をする。図1は、本発明の圧電振動発生デバイス1の一例の正面図である。なお図1において、ケース3は断面にして示してある。図2は、図1の圧電振動発生デバイス1の分解斜視図である。本実施の形態の圧電振動発生デバイス1では、細長い矩形状のベース5の両端に一対の台座7が設けられている。本実施の形態では、ベース5及び台座7をステンレス鋼により一体的に形成している。なお、ベース5及び台座7は、ステンレス鋼以外の鉄系合金から構成してもよい。そして一対の台座7には、細長い矩形状の振動板9の両端部がスポット溶接または抵抗溶接により溶接されている。本実施の形態では、振動板9を42アロイにより形成している。振動板9の厚み方向の一方の面側には、タングステンまたはタングステン合金製の錘11が配置されている。錘11は、細長い直方体形状を有している。振動板9の中央部には、振動板9の長手方向及び厚み方向と直交する幅方向に対向する一対の縁部に、厚み方向の一方側(錘11側)に延びる一対の挟持部13を一体に備えている。一対の挟持部13は、二本の脚部13Aと本体13Bを備えており、二本の脚部13Aの中心が振動板9の中心と一致している。一対の挟持部13の本体13Bは、錘11に溶接されている。符号15で示した部分は、溶接部である。このように溶接により錘11を一対の挟持部13に固定すると、錘11の脱落を確実に防止することができる。振動板9の厚み方向の他方の面上には、圧電振動素子17が固定されている。圧電振動素子17は、公知のバイモルフ型圧電振動素子またはユニモルフ型圧電振動素子である。圧電振動素子17の長手方向の寸法は、錘11を振動板9に対して固定する部分の長手方向の寸法よりも長い。
Hereinafter, embodiments of a piezoelectric vibration generating device of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a front view of an example of a piezoelectric vibration generating
本実施の形態では、振動板9が、台座7に溶接された両端部と圧電振動素子17との間に、溶接により発生した応力を吸収するように厚み方向の一方側に凸となり且つ厚み方向の他方側に凹となる変形部19をそれぞれ一体に備えている。変形部19は、厚み方向に切断したときの断面形状が円弧状またはU字状を呈している。なお変形部19は、厚み方向に切断したときの断面形状がV字状を呈していてもよい。振動板の長手方向に測った変形部19の長さが長くなりすぎると、デバイスの振動周波数が低くなり過ぎる問題が発生する。この問題を解決するために、変形部19は振動板9の長手方向及び厚み方向と直交する幅方向の両側に開口する形状を有している。このように構成すると、振動板の長手方向に測った変形部の長さが長くなりすぎることがないので、振動周波数を低下させることなく、振動板9と台座7との溶接により発生した応力を変形部19が変形することにより吸収することができる。
In the present embodiment, the
本実施の形態では、一対の挟持部13で支持した状態にしているので、錘11が振動板9の一方の面と錘11との間に空間が形成されており、錘11が振動板9に接触していない。このようにすると錘11を振動板9の一方の面に直接固定する場合より、振動板9の振動を滑らかなものとすることができ、しかも圧電振動素子17にクラックが入ることを防止できる。
In this embodiment, since the pair of sandwiching
なお本発明の他の実施の形態では、図3に示すように、錘11を振動板9の一方の面に固定することができる。この場合には、振動板9の一方の面と錘11との間に錘11の金属及び振動板9よりも軟質の緩衝材21を配置する。このようにすると錘11の振動板9側の角部11Aから振動板9を介して圧電振動素子17に力が加わることを防止して、圧電振動素子17にクラックが入ることを有効に防止することができ、デバイスの長寿命化を図ることができる。なお緩衝材21として、錘11と振動板9とを接合する接着剤としての例えばシリコーン系接着剤を用いることができる。
In another embodiment of the present invention, the
また圧電振動素子17は、エポキシ系の接着剤により振動板9に接合するのが好ましい。このような材料を用いると、圧電振動素子17と振動板9との間の剥離を防止することができ、しかも圧電振動素子17にクラックが入ることを防止することができる。
The
図4は、本発明の他の実施の形態において、圧電振動発生デバイス1の錘11を振動板9の一方の面に固定する場合を示す図である。この実施の形態でも、錘11を振動板9の一方の面に固定する場合には、振動板9の一方の面と錘11との間に錘11の金属及び振動板9よりも軟質の緩衝材21´を配置している。図3に示した前述の実施の形態とは異なり、緩衝材21´として、シリコーンゴムのような厚みのある軟質材料を用いている。なおこの緩衝材21´は、シリコーン系接着剤により、錘11と振動板9とにそれぞれ接着されている。
FIG. 4 is a diagram showing a case where the
図5は、本発明のさらに他の実施の形態の圧電振動発生デバイスの分解斜視図である。 FIG. 5 is an exploded perspective view of a piezoelectric vibration generating device according to still another embodiment of the present invention.
本実施の形態では、図1及び2に示した実施の形態を構成する部材と同様の部材には、図1に付した符号と同じ符号を付して説明を省略する。本実施の形態では、一対の挟持部13は、一本の脚部13A´と本体13Bを備えている。また、一本の脚部13A´の中心が振動板9の中心と一致している点は、前述の実施の形態と同様である。本実施の形態のように、1本の脚部13A´を採用すると、一対の挟持部の強度が強くなるので、錘11の重量の増加に対応することができる。
In the present embodiment, the same members as those constituting the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. In the present embodiment, the pair of sandwiching
上記実施の形態では、変形部19が厚み方向の一方側に凸となり且つ厚み方向の他方側に凹となる形状を有しているが、変形部19の形状は、溶接により発生した応力を吸収するように変形するものであればどのような形状であってもよい。
In the above embodiment, the
本発明によれば、振動板を台座に溶接により固定したので、振動板と台座との接合部で破壊が発生することを防止でき、デバイスの長寿命化が可能になる。また本発明においては、変形部が溶接により発生した応力を吸収するように変形するため、振動板が反ることがなく、振動周波数のバラツキの発生を防止できる利点が得られる。 According to the present invention, since the diaphragm is fixed to the pedestal by welding, it is possible to prevent the occurrence of breakage at the joint between the diaphragm and the pedestal, and to extend the life of the device. In the present invention, since the deformed portion is deformed so as to absorb the stress generated by welding, there is an advantage that the vibration plate does not warp and the occurrence of variation in the vibration frequency can be prevented.
1 圧電振動発生装置
3 ケース
5 ベース
7 台座
9 振動板
11 錘
13 挟持部
15 溶接部
17 圧電振動素子
19 変形部
21 緩衝材DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記振動板の厚み方向の一方の面側に位置して前記振動板に固定された錘と、
前記振動板の厚み方向の他方の面上に固定された圧電振動素子とからなる圧電振動デバイスであって、
前記台座が金属からなり、
前記振動板の前記両端部が前記台座に溶接されており、
前記振動板は、前記台座に溶接された前記両端部と前記圧電振動素子との間に、前記溶接により発生した応力を吸収するように変形する変形部をそれぞれ一体に備えており、
前記錘は金属から形成されており、
前記圧電振動素子の前記長手方向の寸法は、前記錘の前記振動板に対して固定する部分の前記長手方向の寸法よりも長く、
前記振動板の中央部には、前記幅方向に対向する一対の縁部に前記厚み方向の一方側に延びる一対の挟持部が一体に形成されており、
前記一対の挟持部が前記錘に溶接されていることを特徴とする圧電振動発生デバイス。 A metal diaphragm with both ends fixed to the pedestal;
A weight positioned on one surface side in the thickness direction of the diaphragm and fixed to the diaphragm;
A piezoelectric vibration device comprising a piezoelectric vibration element fixed on the other surface in the thickness direction of the diaphragm,
The base is made of metal,
The both ends of the diaphragm are welded to the pedestal;
The diaphragm is integrally provided with a deforming portion that deforms so as to absorb the stress generated by the welding between the both ends welded to the pedestal and the piezoelectric vibration element ,
The weight is made of metal;
The longitudinal dimension of the piezoelectric vibration element is longer than the longitudinal dimension of the portion of the weight that is fixed to the diaphragm.
In the center of the diaphragm, a pair of sandwiching portions extending to one side in the thickness direction is integrally formed with a pair of edges facing the width direction,
The piezoelectric vibration generating device, wherein the pair of clamping portions are welded to the weight.
The piezoelectric vibration generating device according to claim 1 , wherein the piezoelectric vibration element is bonded to the vibration plate with an epoxy adhesive.
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