JP6421090B2 - Piezoelectric vibration actuator - Google Patents
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Description
本発明は、圧電素子を用いた圧電振動アクチュエータに関するものである。 The present invention relates to a piezoelectric vibration actuator using a piezoelectric element.
振動アクチュエータは、携帯電子機器に内蔵され、着信やアラームなどの信号発生を振動によって携帯者に伝える装置として広く普及しており、携帯者が身につけて持ち運ぶウエアラブル電子機器においては、不可欠な装置になっている。また、振動アクチュエータは、タッチパネルなどのヒューマン・インターフェイスにおけるハプティクス(皮膚感覚フィードバック)を実現する装置として、近年注目されている。 Vibrating actuators are widely used as devices that are built into portable electronic devices and transmit signal generation such as incoming calls and alarms to the mobile phone by vibration, and are indispensable devices for wearable electronic devices that are carried and carried by the mobile phone user. It has become. In recent years, vibration actuators have attracted attention as devices for realizing haptics (skin sensation feedback) in human interfaces such as touch panels.
振動アクチュエータの駆動部は、マグネットとコイルによって得られる電磁駆動力(ローレンツ力)を利用したものが多く提案されている。しかしながら、この電磁駆動式の振動アクチュエータは、一般に、可動子側に設けられるマグネットと固定子側に設けられるコイルとの接触を避けるための間隙や、十分な駆動力を得るためのコイルの巻き厚さが必要になるので、これらが振動方向と交差する方向に設けられることで、薄型化に様々な工夫が必要になる。 Many drive units for vibration actuators have been proposed that use electromagnetic driving force (Lorentz force) obtained by magnets and coils. However, this electromagnetically driven vibration actuator generally has a gap for avoiding contact between a magnet provided on the mover side and a coil provided on the stator side, and a coil thickness for obtaining a sufficient driving force. Therefore, by providing these in a direction intersecting with the vibration direction, various devices are required for thinning.
これに対して、圧電素子を駆動部に用いた圧電駆動式の振動アクチュエータは、電気信号の供給で振動力を発生する圧電素子を弾性変形する振動プレートに装着して、この振動プレートに錘を装着したものである(下記特許文献1参照)から、駆動部自体は板状に形成できるので、比較的簡易に薄型化が可能になる。
On the other hand, a piezoelectric drive type vibration actuator using a piezoelectric element as a drive unit is attached to a vibration plate that elastically deforms a piezoelectric element that generates a vibration force by supplying an electric signal, and a weight is attached to the vibration plate. Since it is mounted (see
従来の圧電駆動式振動アクチュエータは、振動プレートが一方向に長い板状体であって、長手方向の両端で支持された振動プレートの板面に、長手方向に沿って伸び縮みする圧電素子を装着して、振動プレートを板面に直交する方向に振動させている。この際、振動プレートに装着される錘は、振動プレートの中央部で固定され、振動プレートの長手方向に沿って延設される長尺な立体形状を有している。 The conventional piezoelectric drive type vibration actuator is a plate-like body whose vibration plate is long in one direction, and a piezoelectric element that expands and contracts along the longitudinal direction is mounted on the plate surface of the vibration plate supported at both ends in the longitudinal direction. Thus, the vibration plate is vibrated in a direction orthogonal to the plate surface. At this time, the weight attached to the vibration plate has a long three-dimensional shape that is fixed at the center of the vibration plate and extends along the longitudinal direction of the vibration plate.
このような圧電駆動式振動アクチュエータは、錘の重力方向と振動方向が一致する場合には比較的安定した駆動が可能になる。しかしながら、錘の重力方向と振動方向とが異なる場合には、振動プレートに錘の重力による捻りが加わることになり、圧電素子の伸縮による振動プレートの振動に対して、振動プレートに装着された錘の重力方向に沿った振れによる捻り振動が加わることになる。これによって、従来の圧電駆動式振動アクチュエータは、安定した振動が得られず、錘がケース内面に接触して異音を発生するなどの問題があった。 Such a piezoelectric drive type vibration actuator can be driven relatively stably when the gravity direction and the vibration direction of the weight coincide. However, when the gravity direction of the weight is different from the vibration direction, the weight is twisted due to the gravity of the weight, and the weight attached to the vibration plate against the vibration of the vibration plate due to expansion and contraction of the piezoelectric element. The torsional vibration due to the vibration along the gravity direction is added. As a result, the conventional piezoelectric drive type vibration actuator cannot obtain stable vibration, and there is a problem that the weight contacts the inner surface of the case and generates abnormal noise.
携帯電子機器は携帯状態によって様々な姿勢になるので、その機器内に装備される振動アクチュエータも様々な姿勢になり、携帯状態によっては錘の重力方向と振動方向とが異なる状態にもなり得る。このため、携帯電子機器に装備される圧電駆動式振動アクチュエータとして、安定した振動が得られ且つ異音が生じない装置が求められている。 Since the portable electronic device has various postures depending on the carrying state, the vibration actuator provided in the device also has various postures, and depending on the carrying state, the gravity direction and the vibration direction of the weight may be different. For this reason, as a piezoelectric drive type vibration actuator equipped in a portable electronic device, there is a demand for an apparatus that can obtain stable vibration and does not generate abnormal noise.
本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、圧電駆動式の振動アクチュエータによって、薄型化を可能にすること、様々な姿勢になっても安定した振動が得られ且つ異音が発生しないこと、などが本発明の目的である。 This invention makes it an example of a subject to cope with such a problem. That is, it is an object of the present invention to enable a reduction in thickness by a piezoelectric drive type vibration actuator, to obtain stable vibration even in various postures, and to generate no abnormal noise.
このような目的を達成するために、本発明による圧電振動アクチュエータは、以下の構成を具備するものである。
一方向に長尺であり且つ互いに板面が平行に配置された一対の振動板梁部と、前記一対の振動板梁部の間に支持されて前記板面に交差する保持面を有する錘保持部と、前記保持面に保持される錘と、前記振動板梁部の長手方向両端を支持して、前記振動板梁部と前記錘保持部と前記錘を囲む枠体と、前記振動板梁部の板面に装着されて、その長手方向に沿って伸縮することで当該振動板梁部を板面と交差する方向に振動させる圧電素子とを備えることを特徴とする圧電振動アクチュエータ。
In order to achieve such an object, a piezoelectric vibration actuator according to the present invention has the following configuration.
A weight holder having a pair of diaphragm beam portions that are elongated in one direction and whose plate surfaces are arranged in parallel to each other, and a holding surface that is supported between the pair of diaphragm beam portions and intersects the plate surface A frame, a weight that is held by the holding surface, a frame that supports both ends of the diaphragm beam in the longitudinal direction, and surrounds the diaphragm beam, the weight holder, and the weight; and the diaphragm beam A piezoelectric vibration actuator comprising: a piezoelectric element that is mounted on a plate surface of a portion and vibrates in the direction intersecting the plate surface by extending and contracting along a longitudinal direction thereof.
このような特徴を有する本発明の圧電振動アクチュエータは、前述した特徴を有することで、薄型化を可能にし、様々な姿勢になっても安定した振動が得られ且つ異音の発生を抑止することができる。 The piezoelectric vibration actuator of the present invention having the above-described characteristics enables the thinning, stable vibration even in various postures, and suppression of the generation of abnormal noise. Can do.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。各図における矢印のX方向が長手方向、Y方向が振動方向、Z方向が厚さ方向をそれぞれ示している。各図における共通部分には同一符号を付して重複説明を一部省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, the X direction of the arrow indicates the longitudinal direction, the Y direction indicates the vibration direction, and the Z direction indicates the thickness direction. Common parts in the drawings are denoted by the same reference numerals, and a part of overlapping description is omitted.
図1及び図2は、本発明の実施形態に係る圧電振動アクチュエータを示している。圧電振動アクチュエータ1は、一対の振動板梁部10A,10Bと、錘保持部11と、錘12と、枠体13と、圧電素子14とを備えている。
1 and 2 show a piezoelectric vibration actuator according to an embodiment of the present invention. The
一対の振動板梁部10A,10Bは、それぞれが一方向(図示X方向)に長尺であり、且つそれぞれの板面10Sが互いに平行に配置されている。この振動板梁部10A,10Bはそれぞれの長手方向両端が枠体13に支持された板バネであって、弾性的な撓み振動で中央部が図示Y方向に沿って振動するものである。
Each of the pair of
錘保持部11は、一対の振動板梁部10A,10Bの間に支持されて、振動板梁部10A,10Bの板面10Sに交差する保持面11Sを有している。図示の例では、保持面11Sは、振動梁部10A,10Bの板面10Sに直交し、その長手方向両端縁にZ方向に立ち上がる壁面11Pを備えている。
The
錘保持部11は、その中央部に支持部11Aが設けられ、その支持部11Aが振動板梁部10A,10Bの中央部に支持されている。錘保持部11と一対の振動板梁部10A,10Bは一枚の板材を加工することで一体に形成することができる。また、一対の振動板梁部10A,10Bと錘保持部11とを別部材で形成して、支持部11Aにて溶接などで接合してこれらを一体化してもよい。
The
錘12は、錘保持部11の保持面11Sに保持される。錘12は、タングステンなどの比重の高い金属で形成することができる。錘12は、図示X方向に長く、図示Z方向の厚さが薄厚な立体形状を有しており、図示Y方向の幅が、中央部で大きく、両端部で小さくなっている。また、錘12は、長手方向(図示X方向)の中央部に幅方向(図示Y方向)に突出する固定部12Aが設けられており、その固定部12Aが振動板梁部10A,10Bの中央部に取り付け固定されている。錘12は、このように構成されることで、振動時に振動板梁部10A,10Bに接触しにくい形態になっている。
The
枠体13は、図示X方向に長く図示Z方向に薄厚の枠であり、底面部13Aを有し、その周縁に側壁部13B,13C,13D,13Eを備えている。側壁部13Bには、その両端部に振動板梁部10Aの両端部を支持する支持部13Fが設けられ、側壁部13Dには、その両端部に振動板梁部10Bの両端部を支持する支持部13Gが設けられる。ここで、支持部13Fは、振動板梁部10Aの両端が固定される台状部であり、支持部13Gは、振動板梁部10Bの両端部に予め固定されたブラケット10Fを固定する開口部である。
The
また、枠体13は、蓋枠13Xを備えている。蓋枠13Xは、側壁部13B〜13Eの上端に外周縁を固定することで、振動板梁部10A,10Bと錘保持部11と錘12を覆う構成になっている。
The
圧電素子14は、図示の例では、振動板梁部10Aの板面10Sに装着されて、その長手方向(図示X方向)に沿って伸縮することで振動板梁部10Aを板面10Sと交差する方向に振動させる。圧電素子14には、振動を得るための駆動電流が入力される。駆動電流は、振動板梁部10A,10Bの弾性係数と錘12の質量によって設定される共振周波数の交流電流とするのが好ましい。
In the illustrated example, the
このような圧電振動アクチュエータ1によると、錘12は、錘保持部11に接着などで強固に保持することができる。そして、錘12は2箇所の固定部12Aで振動板梁部10A,10Bの中央部に固定されることになる。また、錘12の重心は一対の振動板梁部10A,10Bの中心部の間に配置されることになる。これによって、錘12は一対の振動板梁部10A,10Bによって支持され、振動板梁部10A,10Bの板面10Sと交差する方向(図示Y方向)に振動する。ここで、錘12の重力方向は、圧電振動アクチュエータ1の姿勢によって様々に変化するが、錘12の重力方向がどのように向いても、錘12は一対の振動板梁部10A,10Bの中間位置に支持されているので、錘12の重力自体を一対の振動板梁部10A,10Bのそれぞれの中央部に分散させることができ、錘12の重力による振動板梁部10A,10Bの捻れを左右に分散させることができる。これにより、振動板梁部10A,10Bと錘12の安定した振動を得ることができる。
According to such a
また、錘12の重力方向がどのような方向を向いても、振動方向(図示Y方向)以外の錘12の重力方向成分は、一対の振動板梁部10A,10Bの剛性によって受け止められることになり、錘12が振動方向(図示Y方向)とは異なる方向に振れることを抑止することができる。これによって、錘12が枠体13に接触することで発生する異音を極力抑えることができる。
Moreover, no matter what direction the gravity direction of the
図3及び図4は、本発明の圧電振動アクチュエータ1の他の構成例を示してる。図3に示した例は、圧電素子14が振動板梁部10A,10Bのそれぞれに装着されている。振動板梁部10A,10Bのそれぞれに装着された圧電素子14には、振動板梁部10A,10Bが同方向に同期して振動するように、駆動電流が入力される。図3に示した例は、平行に配置された振動板梁部10A,10Bの左右対象位置(外側の板面10S)にそれぞれ圧電素子14が装着されているので、振動板梁部10A,10Bを同方向に同期して振動させるためには、互いに逆位相の同期した交流電流が入力される。
3 and 4 show another configuration example of the
図4に示した例は、圧電素子14が、一つの振動板梁部10Aの表裏両面にそれぞれ装着されている。この場合も、2つの圧電素子14によって振動板梁部10Aに加わる駆動力が同方向に同期して加わる必要があるので、2つの圧電素子14は振動板梁部10Aの左右対称位置に装着され、それぞれの圧電素子14には互いに逆位相の同期した交流電流が入力される。
In the example shown in FIG. 4, the
図5及び図6は、本発明の圧電振動アクチュエータ1の他の構成例を示している。この例では、錘保持部11は、一対の振動板梁部10A,10Bのそれぞれに分割支持されている。錘保持部11は、左右に分割された分割体11X,11Yを合わせることで構成されており、この分割体11X,11Y内に錘12が保持されている。分割体11X,11Yはそれぞれ保持面11Sと壁面11Pを備えており、一つの分割体11X(11Y)が、錘12の左右半分を抱き込むように保持する。これによって、錘保持部11の分割体11X,11Yを介して錘12を一対の振動板梁部10A,10Bに一体化することができ、錘12と振動板梁部10A,10Bの振動を安定化することができる。
5 and 6 show another configuration example of the
図7は、本発明の実施形態に係る圧電振動アクチュエータ1を装備した携帯電子機器の一例として、携帯情報端末100を示している。安定した振動が得られ薄型化や幅方向のコンパクト化が可能な圧電振動アクチュエータ1を備える携帯情報端末100は、通信機能における着信やアラーム機能などの動作開始・終了時を異音が発生しにくい安定した振動で使用者に伝えることができる。また、圧電振動アクチュエータ1の薄型化・幅方向のコンパクト化によって高い携帯性或いはデザイン性を追求した携帯情報端末100を得ることができる。更に、圧電振動アクチュエータ1は、厚さを抑えた直方体形状の枠体13内に各部を収容したコンパクト形状であるから、薄型化された携帯情報端末100の内部にスペース効率よく装備することができる。また、圧電振動アクチュエータ1は、耐衝撃強度が高く、耐久性も高いので、高寿命且つ故障し難い携帯情報端末100を得ることができる。
FIG. 7 shows a portable information terminal 100 as an example of a portable electronic device equipped with the
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。 As described above, the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to these embodiments, and the design can be changed without departing from the scope of the present invention. Is included in the present invention. In addition, the above-described embodiments can be combined by utilizing each other's technology as long as there is no particular contradiction or problem in the purpose and configuration.
1:圧電振動アクチュエータ,
10A,10B:振動板梁部,10S:板面,10F:ブラケット,
11:錘保持部,11A:支持部,11S:保持面,11P:壁面,
11X,11Y:分割体,
12:錘,12A:固定部,
13:枠体,13A:底面部,13B〜13E:側壁部,
13F,13G:支持部,13X:蓋枠,
14:圧電素子,100:携帯情報端末
1: Piezoelectric vibration actuator,
10A, 10B: diaphragm beam portion, 10S: plate surface, 10F: bracket,
11: weight holding portion, 11A: support portion, 11S: holding surface, 11P: wall surface,
11X, 11Y: divided bodies,
12: weight, 12A: fixed part,
13: frame body, 13A: bottom face part, 13B-13E: side wall part,
13F, 13G: support part, 13X: lid frame,
14: Piezoelectric element, 100: Portable information terminal
Claims (5)
前記一対の振動板梁部の間に支持されて前記板面に交差する保持面を有する錘保持部と、
前記保持面に保持される錘と、
前記振動板梁部の長手方向両端を支持して、前記振動板梁部と前記錘保持部と前記錘を囲む枠体と、
前記振動板梁部の板面に装着されて、その長手方向に沿って伸縮することで当該振動板梁部を板面と交差する方向に振動させる圧電素子とを備えることを特徴とする圧電振動アクチュエータ。 A pair of diaphragm beam portions that are long in one direction and whose plate surfaces are arranged parallel to each other;
A weight holding part supported between the pair of diaphragm beam parts and having a holding surface intersecting the plate surface;
A weight held by the holding surface;
Supporting both longitudinal ends of the diaphragm beam part, the diaphragm beam part, the weight holding part, and a frame surrounding the weight,
Piezoelectric vibration comprising: a piezoelectric element mounted on a plate surface of the diaphragm beam portion and vibrating the diaphragm plate portion in a direction intersecting the plate surface by extending and contracting along a longitudinal direction thereof. Actuator.
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