JP6423148B2 - 圧電振動伝達素子 - Google Patents

Description

本発明は、圧電効果による振動を伝達する圧電振動伝達素子に関する。

圧電体板を金属板に固定し、圧電体板の伸縮により金属板を屈曲振動させ、その振動を慣性力として伝達する素子の検討がなされている。

例えば特許文献１の段落００１９等では、金属片からなるシムの一方の側におもりを設け、他方の側に音響用圧電素子を設け、シムの撓み振動を撓み振動子保持部とベースプレートを介して伝播させる技術が開示されている。

さらに特許文献１の段落００２０等では、触覚用振動子を併用させることで、低い周波数の振動を伝播させる構成が開示されている。

特開２０１０−２４５８４２号公報

特許文献１の構成では、音響用圧電素子と触覚用圧電素子を別々に設けており、さらにはシム、撓み振動子保持部、及びベースプレートが別体となり、部品点数が多く、組み立て工程が煩雑であるという課題がある。

さらに、部品間の結合部に振動の向きを反射、分散、または減衰させる材質、若しくは隙間があれば、伝播されるべき振動が減衰されるという課題がある。

すなわち本発明は、部品点数を削減し、簡便に組み立てることができ、効率的に振動伝播を行うことができる圧電振動伝達素子の提供を目的とする。

上記課題を本発明は、圧電体板と、第１振動部、第２振動部、及び連結部を有する振動伝達体を備え、前記第１振動部と前記第２振動部は、いずれも板状であり、前記第１振動部と前記第２振動部は、互いに対面するよう配され、前記第１振動部と前記第２振動部の一端部が前記連結部により連結され、前記第１振動部における前記第２振動部に対向する主面を第１内面、前記第１内面に対する裏面を第１外面とし、前記第２振動部における前記第１振動部に対向する主面を第２内面、前記第２内面に対する裏面を第２外面とした場合、前記圧電体板は、前記第１内面、前記第１外面、または前記第２内面のいずれに配され、前記第２振動部における前記第２外面が実装面であり、前記圧電体板の振動を、前記実装面を介して被実装面に伝達する圧電振動伝達素子により解決することができる。

また、前記連結部における第１振動部と第２振動部に囲われる面を第３内面、前記第３内面に対する裏面を第３外面とした場合、前記第３外面に連結補強部材が固定されていることが望ましい。

これは、連結補強部材により、第１振動部と第２振動部の機械的結合力を高めることで、第１振動部と第２振動部の間の振動伝達特性も向上するためである。

また、前記圧電体板は、前記第１内面、または前記第２内面のいずれかに配されていることが望ましい。

これは、圧電体板を振動伝達体の内面に配することで、振動伝達体が一体成形されているため、圧電体板を外部衝撃から保護することができるためである。

また、さらに錘部を備え、前記錘部は、前記第１内面、または前記第１外面のいずれかに配されていることが望ましい。

これは、錘部により第１振動部の重量を増すことで、被実装体を含めた振動軸を第１振動部に近づけることができるため、振動伝達特性がさらに向上するためである。

また、 前記振動伝達体における前記第１振動部、前記第２振動部、及び前記連結部は一体成形され、前記圧電体板及び前記錘部が、前記連結部に接するよう配されていることが望ましい。

これにより、振動伝達体を一体成形し、第２外面を実装部とすることにより、部品点数を削減し、製造工程が簡略化される。

さらに、特許文献１のように音響用圧電素子と触覚用圧電素子を別々に設けずとも、特に可聴域である１００Ｈｚ以上、１０ｋＨｚ以下の帯域における圧電体板から被実装面への充分な振動伝達特性が得られる。

さらに、圧電体板及び錘部を連結部に接するように設けることで、連結部における機械的結合力が向上し、振動伝達効率を、さらに向上させることができる。

また、前記圧電体板及び前記錘部が、前記第１内面、または前記第２内面のいずれかに配されていることが望ましい。

これは、圧電体板と錘部を振動伝達体の内面に配することで、全体として薄型化することができるためである。

また、振動周波数帯域が、３００Ｈｚ以上、５００Ｈｚ以下の範囲を含むことが望ましい。

これは、上記周波数範囲で特に振動伝達特性が向上するためである。

本発明により、製造工程が簡略化されつつも、圧電体板から被実装面への振動伝達特性が向上し、圧電体板を外部衝撃から保護するとともに、より薄型化することが可能な圧電振動伝達素子を提供することができる。

本発明の実施形態１における圧電振動伝達素子を示す斜視図である。 本発明の実施形態１における圧電振動伝達素子を示す断面図である。図２（ａ）は図１におけるＡ面の断面に対応している。図２（ｂ）は図２（ａ）の変形例である。 本発明の実施形態１における圧電振動伝達素子の作製手順を示す説明図であり、図３（ｂ）を除き、図２を天地逆にした断面に対応している。図３（ａ）から図３（ｄ）の順で作製手順を示している。 本発明の実施形態２における圧電振動伝達素子を示す断面図であり、図２に対する変形例である。 本発明の実施形態３における圧電振動伝達素子を示す断面図であり、図４に対する変形例である。 本発明の実施形態４における圧電振動伝達素子を示す断面図であり、図５に対する変形例である。 本発明の実施形態５における圧電振動伝達素子を示す断面図であり、図６に対する変形例である。 本発明の実施形態６における圧電振動伝達素子を示す断面図であり、図２（ａ）に対する変形例である。 本発明の実施形態７における圧電振動伝達素子を示す断面図であり、図５に対する変形例である。 本発明の実施形態８における圧電振動伝達素子を示す断面図であり、図９に対する変形例である。 本発明における圧電振動伝達素子の実施例１、２と、比較例に係る音圧の周波数特性を示す図である。 本発明における圧電振動伝達素子の実施例１、３に係る音圧の周波数特性を示す図である。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１における圧電振動伝達素子を示す斜視図である。

本実施形態における圧電振動伝達素子は、圧電体板１と、第１振動部２１、第２振動部２２、及び連結部２３を有する一体成形された振動伝達体を有している。

第１振動部２１、第２振動部２２の対向する面をのうち、第１振動部２１については第１内面、第２振動部２２については第２内面とした場合、第２振動部２２の第２内面には圧電体板１が配されている。

第１振動部２１と前記第２振動部２２は、いずれも板状であり、互いに平行かつ対面するよう配されている。

また、第１振動部２１と第２振動部２２の一端部が連結部２３により連結されている。

さらに、第１振動部２１の第１内面には錘部３が固定されている。

圧電体１には図示されない圧電駆動用の電極が形成され、その電極はフレキシブル基板４に接続され、フレキシブル基板４は図示されない被実装面にある駆動電源に接続される。

図２は、本発明の実施形態１における圧電振動伝達素子を示す断面図である。図２（ａ）は図１におけるＡ面の断面に対応している。図２（ｂ）は図２（ａ）の変形例である。

第１振動部２１における第２振動部２２に対向する主面を第１内面２１１、第１内面２１１に対する裏面を第１外面２１２とする。

また、第２振動部２２における第１振動部２１に対向する主面を第２内面２２１、第２内面２２１に対する裏面を第２外面２２２とする。

圧電体板１は、第２内面２２１に接着層１０を介して接着固定されている。

錘部３は、第１内面２１１に接着層３０を介して接着固定されている。

なお、圧電体板１は、第１内面２１１、第１外面２１２、または第２内面２２１のいずれに接着固定してもよい。

また、錘部３は、第１内面２１１、または第１外面２１２のいずれに接着固定してもよい。

本実施形態では、第２外面２２２が実装面であるため、圧電体板１の振動を、実装面を介して図示されない被実装面に伝達することで、筐体等の被実装体より音響等を発生させることができる。

錘部３の位置は、図２（ａ）のように、連結部２３より最も離れた端部に設けても良いが、図２（ｂ）のように、連結部２３に接するように設けても良い。

また、圧電体板１は、必ずしも第２内面２２１全体に設ける必要は無く、図２（ｂ）のように、連結部２３に接するように設けつつも、連結部２３より最も離れた端部までは設けないように配しても良い。

図２（ｂ）のように、圧電体板１及び錘部３を連結部２３に接するように設けることで、連結部２３における機械的結合力が向上し、振動伝達効率を、さらに向上させることができる。

なお、圧電体板１及び錘部３を連結部２３に接着剤等で結合するように設けても良い。

図３は、本発明の実施形態１における圧電振動伝達素子の作製手順を示す説明図であり、図３（ｂ）を除き、図２を天地逆にした断面に対応している。図３（ａ）から図３（ｄ）の順で作製手順を示している。

最初に、図３（ａ）に示すように、第１振動部２１、第２振動部２２、及び連結部２３を有する一体成形された振動伝達体の内側へ、未硬化で液状の熱硬化性接着剤１００を塗布した圧電体板１を挿入する。

次に、図３（ｂ）に示すように、圧電体板１を第２振動部２２上に配し、接着剤を熱硬化させ、接着層１０とする。熱硬化の際は、第２振動部２２を下側にして、圧電体板１が第２振動部２２から落下しないようにする。

次に、図３（ｃ）に示すように、熱硬化性接着シート３００を貼り付けた錘部３を圧電体板１と第１振動部２１の間に挿入する。

最後に、図３（ｄ）に示すように、圧電体板１と錘部３の間にスペーサ７を挟み、図示された矢印のように、圧電振動伝達素子を厚み方向に圧縮する力を加え、熱硬化性接着シートを熱硬化されることで、接着層３０とすることができ、前述のフレキシブル基板を接続し、完成する。

なお、スペーサ７は、熱硬化後に引き抜き易いよう、ポリテトラフルオロエチレン等の潤滑性ある材料を用いることが望ましい。

作製手順は上記手順に限らず、適宜順番を入れ換えても良い。

（実施形態２）
図４は、本発明の実施形態２における圧電振動伝達素子を示す断面図であり、図２に対する変形例である。

実施形態１とは、連結補強部材５が連結部２３に接着固定されている点が異なる。

ここで、連結部２３の第１振動部と第２振動部に囲われる面を第３内面２３１、第３内面２３１に対する裏面を第３外面２３２とする。

連結補強部材５は、連結部２３における第３外面２３２に接着層５０を介して接着固定されている。

連結補強部材５により、第１振動部２１と第２振動部２２の機械的結合力を高めることで、第１振動部２１と第２振動部２２の間の振動伝達特性を高めることができる。

（実施形態３）
図５は、本発明の実施形態３における圧電振動伝達素子を示す断面図であり、図４に対する変形例である。

実施形態２とは、圧電体板１が第１外面２１２上であって連結部２３直上及び近傍に配され、錘部３が第１内面２１１上にある点が異なる。

錘部３が振動伝達体内部に収容され、実施形態１ほどではないものの、錘部３の厚さ分だけ薄型化することができる。

（実施形態４）
図６は、本発明の実施形態４における圧電振動伝達素子を示す断面図であり、図５に対する変形例である。

実施形態３とは、圧電体板１と、錘部３の表裏関係が逆転している点が異なる。

圧電体板１が振動伝達体内部に収容されているため、外部の衝撃から保護され、錘部３の形状や体積の選択の自由度が高い構成となる。

（実施形態５）
図７は、本発明の実施形態５における圧電振動伝達素子を示す断面図であり、図６に対する変形例である。

連結部２３に接するように圧電体板１を配し、錘部３も第１内面２１１の連結部２３から離れた端部に配した点で異なる。

この構成により、圧電体板１と錘部３が積層されることがないため、実施形態１の場合よりも全体を薄くすることができる。

（実施形態６）
図８は、本発明の実施形態６における圧電振動伝達素子を示す断面図であり、図２（ａ）に対する変形例である。

実施形態１とは、第１内面２１１と連結部２３、圧電体板１の間に弾性部材６を設けている点が異なる。

弾性部材６により、周波数毎の振動伝達特性を調整することができる。

（実施形態７）
図９は、本発明の実施形態７における圧電振動伝達素子を示す断面図であり、図５に対する変形例である。

実施形態３とは、錘部３を設けていない点が異なる。

第１振動部２１が振動伝達に充分な質量を有していれば、このような構成でも良く、部品点数の削減と薄型化が図れる。

（実施形態８）
図１０は、本発明の実施形態８における圧電振動伝達素子を示す断面図であり、図９に対する変形例である。

実施形態７とは、弾性部材６、６０を設け、圧電体板１の両面に振動伝達体を設ける点で異なる。

すなわち、実施形態７の構成に、圧電体板１に、接着層１００を介し、第１振動部２１０、第２振動部２２０、及び連結部２３０を有する一体成形された振動伝達体を接着固定している。

連結補強部材５は、接着層５０を介し、連結部２３、２３０と接着固定されている。

実装面は、第２振動部２２、２２０のいずれの外面でもよい。

（実施例）
実施例１、２は、実施形態１における図２（ｂ）の構成とした。

圧電体板１の寸法は、長さ１２．０ｍｍ、幅４．０ｍｍ、厚さ１．０ｍｍとした。

振動伝達体は、長さ６１．５ｍｍ、幅４．０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのステンレス板を折り曲げて作成し、第１振動部２１及び第２振動部２２の長さはいずれも３０．０ｍｍとした。

錘部３の材質はタングステンで、幅４．０ｍｍ、厚さ１．０ｍｍで、質量に応じて長さを調整した。

圧電体板１と錘部３の間の隙間は０．３ｍｍであった。

錘部３の質量を０．９ｇとしたものを実施例１、１．１ｇとしたものを実施例２とした。

実施例３は、実施形態１における図２（ａ）の構成を取りつつも、圧電体板１の端部の一方が連結部２３に接しつつも、第２振動部２２の連結部２３から最も離れた端部までは設けない構成としている。

他は実施例１、２と同様の寸法構成で、錘部３の質量を０．９ｇとした。

（比較例）
実施例１、２、３と同じ圧電体板のみで構成した。

（実験）
実施例１、２、３、比較例の圧電振動伝達素子を同じ筐体に実装し、筐体からの音圧の周波数特性を測定した。

（結果）
図１１は、本発明における圧電振動伝達素子の実施例１、２と、比較例に係る音圧の周波数特性を示す図である。

特に３００Ｈｚから５００Ｈｚの周波数帯域で比較例よりも実施例１、２は音圧が向上し、他の周波数帯域でも遜色ない音圧を示している。

図１２は、本発明における圧電振動伝達素子の実施例１、３に係る音圧の周波数特性を示す図である。

実施形態１における図２（ａ）の構成よりも、図２（ｂ）の構成のほうが、可聴域である３００Ｈｚ以上、５ｋＨｚ以下の周波数帯域で安定した音圧を示している。

１ 圧電体板
３ 錘部
４ フレキシブル基板
５ 連結補強部材
６、６０ 弾性部材
７ スペーサ
１０、３０、５０ 接着層
２１、２１０ 第１振動部
２２、２２０ 第２振動部
２３、２３０ 連結部
１００ 熱硬化性接着剤
２１１ 第１内面
２１２ 第１外面
２２１ 第２内面
２２２ 第２外面
２３１ 第３内面
２３２ 第３外面
３００ 熱硬化性接着シート

Claims (5)

1. 圧電体板と、
   第１振動部、第２振動部、及び連結部を有する振動伝達体と、
   錘部を備え、
   前記第１振動部と前記第２振動部は、いずれも板状であり、
   前記第１振動部と前記第２振動部は、互いに対面するよう配され、
   前記第１振動部と前記第２振動部の一端部が前記連結部により連結され、
   前記第１振動部における前記第２振動部に対向する主面を第１内面、前記第１内面に対する裏面を第１外面とし、
   前記第２振動部における前記第１振動部に対向する主面を第２内面、前記第２内面に対する裏面を第２外面とした場合、
   前記圧電体板は、前記第１内面、または前記第２内面に配され、
   前記錘部は、前記第１内面、または前記第１外面に配され、
   前記第２振動部における前記第２外面が実装面であり、
   前記圧電体板の振動を、前記実装面を介して被実装面に伝達することを特徴とする圧電振動伝達素子。
2. 前記連結部における第１振動部と第２振動部に囲われる面を内面、前記内面に対する裏面を外面とした場合、
   前記外面に連結補強部材が固定されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動伝達素子。
3. 前記振動伝達体における前記第１振動部、前記第２振動部、及び前記連結部は一体成形され、
   前記錘部が、前記連結部に接するよう配されていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電振動伝達素子。
4. 前記圧電体板及び前記錘部が、前記第１内面、または前記第２内面のいずれかに配されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の圧電振動伝達素子。
5. 振動周波数帯域が、３００Ｈｚ以上、５００Ｈｚ以下の範囲を含むことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の圧電振動伝達素子。

Images