JPH09327654A - バイブレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型，低消費電力で十分な発生力が得られる
バイブレータを提供すること。 【解決手段】 ２枚の変位素子１，１が貼り合わせてあ
り、長さ方向の一端側は保持部材４にて保持されてい
る。変位素子１，１の他端側先端部の両面には錘２，２
が夫々接着されている。錘２は、変位素子１側における
長さ方向の中央部に段差を有し２段の厚みを有する。こ
れにより錘２の保持部材４側の半部と変位素子１との間
には間隙３が設けられている。また変位素子１は、保持
部材４側の端部において所定の交流電源５と接続されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電素子を利用し
たバイブレータに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば携帯電話，ページャの呼び出し用
の内蔵バイブレータとしては、従来より小型モータの回
転軸上に偏心させた荷重を設けた構造が使用されてお
り、このモータを回転させることにより振動を得てい
る。しかしながら電磁モータを使用した場合は、構造が
複雑であるために小型化が困難であり、消費電力の低減
にも限界がある。

【０００３】そこで小型化，低消費電力化を目的として
圧電材料を使用したものが考案されているが、未だ開発
途上にある。圧電材料を使用したアクチュエータとして
は、以下のようなアクチュエータが提案されている。

【０００４】特開昭62−204885号公報には、圧電バイモ
ルフを研磨機構に適用した振動型アクチュエータが開示
されている（図７）。圧電振動子71は、電圧を印加した
ときに互いに変位方向が異なる２枚の圧電膜72，72を貼
り合わせ、その貼り合わせ面及び両外側面に電極膜73，
74，74を形成してなる積層型である。圧電振動子71の一
端側は支持部75にて支持されており、他端側には作動子
76を脱着自在に取り付けるための作動子取り付け部77を
備える。電極膜73にはリード線78が接続されており、電
極膜74，74にはリード線79が接続されている。

【０００５】そしてリード線78，79を介して両電極膜7
3, 74間に交流電圧を印加すると、圧電膜72，72の屈曲
変位によって圧電振動子71が振動し、これにより作動子
76が揺動する。

【０００６】また特開平３−9581号公報には、変位素子
の初期位置を一定レベルとする機能を備えたアクチュエ
ータが開示されている。このアクチュエータの変位素子
21は、図８に示す如く、２枚の圧電セラミックス22, 22
の間に金属製弾性板23を挟んで重ね合わせ、さらに圧電
セラミックス22, 22の両外側面に金属製弾性板24，24を
備えた構成をなす。そして変位素子21の一端は固定部材
25にて固定されており、他端は自由端となしてあり静的
荷重である分銅26が取り付けられている。また金属製弾
性板23，24，24は固定側端部において電源に接続されて
いる。

【０００７】変位素子21に所定の電圧を印加すると、自
由端が白抜矢符で示す方向へ変位する。その後、印加電
圧を０Ｖとしたとき、変位素子21の自由端は、自己の変
位復帰力と分銅26の荷重とによって初期位置へ復帰す
る。従ってこのアクチュエータでは高精度の変位量が得
られる。ここで分銅26の重量，大きさ及び形状は変位素
子21の変位力，屈曲強度、又は変位素子21と基材との位
置関係を勘案して設定する。

【０００８】このようにバイモルフアクチュエータは、
発生力は弱いが簡単な構造で大きな変位量が得られるこ
とが知られており、直流電界を印加すると一方向への変
位が得られ、交流電界を印加すると両方向への変位によ
って発生した力が固定端に反力として伝達され振動を得
ることができる。なおバイモルフアクチュエータは２枚
の圧電板を使用するが、１枚の圧電板を使用したユニモ
ルフアクチュエータであっても振動効果は得られる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】バイモルフアクチュエ
ータをバイブレータに適用する場合、振動により発生す
る力を利用するが、この力はバイモルフの質量と振動の
加速度との積で表され、自由端の先端部で最大となる。
しかしながら従来のバイモルフアクチュエータで発生し
得る力は、バイブレータとしては不十分であるという問
題がある。

【００１０】本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたも
のであり、小型，低消費電力で十分な発生力が得られる
バイブレータを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】一般に実用的なバイブレ
ータとしての機能を発揮させるには、先端荷重を付加し
た構成が考えられるが、バイモルフ自身の質量の、最大
で数十倍の先端荷重を付加する必要がある。低背化のた
めに先端荷重のための錘の高さを低くすると、十分な荷
重を得るには、比重が大きい鉛を使用した場合でもバイ
モルフ全体の50％以上の面積を要する。従って大面積の
錘をバイモルフの先端に接着して取り付けると、荷重が
先端以外の部分に分散される上、錘（鉛）の剛性のため
にバイモルフの屈曲が抑制され、十分な振動が得られな
い。

【００１２】そこで請求項１記載の発明は、その長さ方
向の一端が保持部材にて保持され、他端が自由端とされ
た圧電素子に交流電界を印加して振動を得るバイブレー
タにおいて、前記圧電素子の自由端側の先端部分にて接
触し、前記長さ方向における中央寄り部分は、圧電素子
との間に間隙が設けられるような形状を有する錘が前記
圧電素子の他端に取り付けられていることを特徴とす
る。

【００１３】これにより十分な振動力が得られ、また荷
重が、圧電素子の先端部分に集中するので、効率よく荷
重を付加することができ、またバイモルフの変形を妨害
することが回避される。

【００１４】具体的には、前記錘の、前記圧電素子との
対向面には、前記間隙が形成されるように、前記長さ方
向に段部が設けられた形状とする。

【００１５】請求項３記載の発明は、前記間隙は、駆動
時における前記圧電素子の変位量よりも大きいことを特
徴とする。

【００１６】これにより圧電素子に錘を取り付けて、圧
電素子を変位させても、錘が圧電素子と接触しないの
で、錘が圧電素子の変形を妨害することが回避され得
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施の形態を
示す図面に基づき具体的に説明する。図１は本発明に係
るバイブレータを示す斜視図である。２枚の矩形の変位
素子１，１が貼り合わせてあり、長さ方向の一端側は直
方体状の保持部材４にて保持されている。変位素子１，
１の他端側先端部の両面には略直方体状の錘２，２が夫
々接着されている。錘２は、変位素子１に対向する面に
おいて長さ方向の中央部に段差を有し２段の厚みを有す
る。これにより錘２の保持部材４側の半部と変位素子１
との間には間隙３が設けられている。また変位素子１，
１は、保持部材４側の端部において交流電源５と接続さ
れている。

【００１８】図２は変位素子１，１の貼り合わせ部Ａを
示す拡大断面図である。変位素子１は、圧電セラミック
11の両面に、電極12，12が形成されたものであり、２枚
の変位素子１，１は、間に金属板６を介して貼り合わさ
れている。

【００１９】

【実施例】本発明に係るバイブレータは以下のようにし
て作製することができる。チタン酸ジルコン酸鉛を主成
分とする圧電材料を焼成し、幅10mm，長さ20mm，厚み 2
00μm に薄板加工（圧電セラミック11）し、両面に金メ
ッキを施して厚み10μm の電極12, 12を形成し分極した
変位素子１を２枚作製する。この２枚の変位素子１を幅
10mm，長さ25mm，厚み50μm の真鍮製の金属板６の両面
に、長さ５mmを残して、互いに分極方向が同一となるよ
うに接着剤を用いて貼り合わせる。そして圧電セラミッ
ク11の露出した電極12を夫々交流電源５と電気的に接続
し、また真鍮からなる金属板６との間に駆動電力を供給
することができるようにしてバイモルフを作製する。金
属板６の露出した端部は、保持部材４にて両面側から挟
持する。

【００２０】一方、幅10mm，長さ10mm，厚み 1.5mmの鉛
の直方体を２個用意し、いずれも一面側の長さ方向の半
部を、厚みが 1.0mmとなるように切削加工する。そして
厚みが 1.5mmである半部の前記一面側に接着剤を塗布
し、保持部材４にて保持されていない、バイモルフの自
由端側に、薄厚部が保持部材４側となるように接着固定
する。

【００２１】このようなバイブレータを振動させること
により発生した力を測定し、比較例１，２，３における
発生力と比較した。なお発生力は以下のようにして求め
た。即ち、バネ秤の上に測定用錘とバイモルフとを設置
して共振系を形成し、バイモルフに最大 100Ｖの交流電
界を印加して共振させ、秤上に設置した加速度計により
最大加速度を測定し、この測定結果と測定用荷重との積
から求めた。

【００２２】比較例１は、図３に示す如く、本発明に係
るバイブレータから錘２を削除したものである。比較例
２は、図４に示す如く、錘２を、全面において厚みが1.
25mmであり、錘２と重量が等しい錘2aに換えたものであ
り、幅10mm，長さ10mmの全面に接着剤を塗布してバイモ
ルフの両面の先端に接着固定されている。即ち錘2aは、
切削加工が施されておらず、従って間隙３は形成されて
いない。実施例における錘２は、変位素子１側の面の半
部が 0.5mm切削除去されているが、比較例３における錘
2bは、図５に示す如く、変位素子１側の面の半部が 0.2
mm切削除去されている。そして錘２と重量を等しくする
ために反対側の面の半部を 0.3mm切削除去してある。以
上の実施例，比較例１，２，３の測定結果を表１に示
す。

【００２３】

【表１】

【００２４】表１より明らかな如く、発生力は、実施例
が最も大きく、次いで比較例３，比較例２，比較例１の
順であった。実施例においては変位素子１が最大変位し
たときでも両側の錘２はバイモルフに接触しなかった
が、比較例３では振動中に錘2bがバイモルフに接触する
ことが判明した。比較例３における発生力は、実施例に
比べ約10％低減している。これは荷重は十分であるが、
錘の切削が不十分であるために錘がバイモルフに接触
し、変位素子１の変形を妨害したためである。また比較
例２における発生力は、実施例に比べ約30％低減してい
る。これは前述したようにバイモルフの変形が錘によっ
て抑制されたためである。さらに比較例１では実施例の
約20％であり、これは全体の荷重が小さすぎたためであ
ると考えられる。

【００２５】図１に示す実施例では錘２の変位素子１側
の面に段差を設けているが、図６に示す如く、この面を
変位素子１の変位時の形状に沿った曲面としてもよい。
また図示しないが、この面が変位時の変位素子１に接触
しない傾斜を有する斜面とすることもできる。

【００２６】なお本発明は、２枚の圧電板を使用したバ
イモルフに限るものではなく、例えばユニモルフを使用
してもよい。但しバイモルフを使用した場合の方が大き
な発生力が得られることはいうまでもない。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明に係るバイブレータ
は、圧電素子の自由端に荷重が付加されていることによ
り、振動させた際に大きな発生力が得られる。また電磁
モータを使用していないので、電力消費量が比較的少な
い。また錘の中央側部分に間隙を設けることにより、荷
重の集中箇所が圧電素子の先端部分に限定されるので、
効率良く荷重が付加され、さらに圧電素子と錘との間に
十分な間隙を設けてあることにより、圧電素子の変形が
妨害されず、且つ十分な荷重を付加することができる。
以上より小型，低消費電力にて十分な発生力が得られる
等、本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るバイブレータを示す斜視図であ
る。

【図２】図１の２枚の変位素子の貼り合わせ部を示す拡
大断面図である。

【図３】比較例１のバイブレータを示す側面図である。

【図４】比較例２のバイブレータを示す側面図である。

【図５】比較例３のバイブレータを示す側面図である。

【図６】本発明に係るバイブレータの他の実施例を示す
斜視図である。

【図７】バイモルフを使用した従来例（研磨機用アクチ
ュエータ）を示す断面図である。

【図８】バイモルフを使用した他の従来例（アクチュエ
ータ）を示す側面図である。

【符号の説明】

１ 変位素子 ２ 錘 ３ 間隙 ４ 保持部材 ５ 交流電源 11 圧電セラミック

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 その長さ方向の一端が保持部材にて保持
   され、他端が自由端とされた圧電素子に交流電界を印加
   して振動を得るバイブレータにおいて、前記圧電素子の
   自由端側の先端部分にて接触し、前記長さ方向における
   中央寄り部分は、圧電素子との間に間隙が設けられるよ
   うな形状を有する錘が前記圧電素子の他端に取り付けら
   れていることを特徴とするバイブレータ。
2. 【請求項２】 前記錘の、前記圧電素子との対向面に
   は、前記間隙が形成されるように、前記長さ方向に段部
   が設けられていることを特徴とする請求項１記載のバイ
   ブレータ。
3. 【請求項３】 前記間隙は、駆動時における前記圧電素
   子の変位量よりも大きいことを特徴とする請求項１又は
   ２記載のバイブレータ。