JPWO2016035707A1 - Drive apparatus and drive method for piezoelectric vibration device - Google Patents
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Abstract
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十分な強度で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。圧電振動装置1を駆動するための駆動装置。圧電共振子3に、交流駆動信号を与える駆動信号印加回路22aと、交流駆動信号の周波数を圧電共振子3の共振周波数を含む一定の周波数範囲内において掃引する駆動周波数掃引回路22bとを備える。Provided are a drive device and a drive method for a piezoelectric vibration device capable of vibrating an object to be vibrated with sufficient strength by a piezoelectric vibration device including a piezoelectric resonator. A driving device for driving the piezoelectric vibration device 1. The piezoelectric resonator 3 includes a drive signal application circuit 22 a that applies an AC drive signal, and a drive frequency sweep circuit 22 b that sweeps the frequency of the AC drive signal within a certain frequency range including the resonance frequency of the piezoelectric resonator 3.
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。 The present invention relates to a driving device and a driving method for driving a piezoelectric vibration device having a piezoelectric resonator.
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。
In recent years, mobile phones and wearable terminals have incorporated a vibration source as a means for notifying incoming calls and the like. As such a vibration source, for example, a vibration device described in
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。 In order to vibrate the body of a mobile phone or wearable terminal and make it sense to a person, it is necessary to better transmit the vibration to the outside of the body. Therefore, it is desirable that the drive frequency of the vibration device is low. For this reason, attempts have been made to fix a weight to the tip of the piezoelectric resonator or to lower the spring property of the metal plate supporting the piezoelectric resonator.
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。 In addition, when a drive signal having a frequency near the mechanical resonance frequency of the vibration system including the housing is applied instead of the electrical resonance frequency of the piezoelectric resonator, the housing often vibrates most strongly.
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。 However, it has been found that the driving frequency at which the vibration intensity of the casing is increased changes when the mobile phone or the wearable terminal is placed on the desk, held by hand, or worn on the body. Therefore, even if a drive signal having a certain frequency is applied to vibrate the piezoelectric resonator, the casing cannot be vibrated sufficiently strongly.
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。 An object of the present invention is to provide a driving device and a driving method for a piezoelectric vibration device that can vibrate an object to be vibrated greatly by a piezoelectric vibration device including a piezoelectric resonator.
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。 A drive device for a piezoelectric vibration device according to the present invention is a drive device for driving a piezoelectric vibration device including a piezoelectric resonator, and includes a drive signal applying circuit for supplying an AC drive signal to the piezoelectric resonator, and the piezoelectric resonance. A drive frequency sweep circuit that sweeps the frequency of the AC drive signal within a certain frequency range including the resonance frequency of the child.
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。 In a specific aspect of the piezoelectric vibration device driving device according to the present invention, the housing in which the piezoelectric vibration device is mounted and the amount of vibration applied to the housing due to the vibration of the piezoelectric vibration device are detected. And a sensor that is connected to the sensor and the frequency at which the amount of vibration is maximum is included in the frequency range of the AC drive signal, the drive frequency sweep circuit A control device that sweeps the frequency of the drive signal within the fixed frequency range and, if not included, changes the frequency range of the AC drive signal to a range including a frequency at which the amount of vibration is maximized; Prepare.
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。 In another specific aspect of the piezoelectric vibration device driving device according to the present invention, the control device changes the frequency range of the AC drive signal to be narrow within a range including a frequency at which the vibration amount is maximum.
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。 A driving method of a piezoelectric vibration device according to the present invention is a driving method of a piezoelectric vibration device including a piezoelectric resonator, and the piezoelectric vibration is within a certain frequency range including a resonance frequency of a vibration system including the piezoelectric resonator. The frequency of the drive signal applied to the apparatus is swept.
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。 In a specific aspect of the method for driving a piezoelectric vibration device according to the present invention, a housing in which the piezoelectric vibration device is mounted, and an amount of vibration applied to the housing by vibration of the piezoelectric vibration device in the housing A piezoelectric vibration device driving method further comprising: a sensor for detecting the frequency, wherein the frequency at which the amount of vibration detected from the sensor is maximized is included in the frequency range of the AC drive signal. If the frequency of the drive signal is swept within the fixed frequency range and is not included, the frequency range of the drive signal is changed to a range including a frequency at which the vibration amount is maximum.
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。 In another specific aspect of the method for driving a piezoelectric vibration device according to the present invention, the frequency range of the AC drive signal is changed to be narrow within a range including a frequency at which the vibration amount is maximum.
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。 According to the driving device and the driving method of the piezoelectric vibration device according to the present invention, the piezoelectric resonator is swept in order to sweep the frequency of the drive signal within a certain frequency range including the resonance frequency of the vibration system including the piezoelectric resonator and the housing. The object to be vibrated can be vibrated greatly by the piezoelectric vibration device included.
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。 Hereinafter, the present invention will be clarified by describing specific embodiments of the present invention with reference to the drawings.
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。 It should be pointed out that each embodiment described in this specification is an exemplification, and a partial replacement or combination of configurations is possible between different embodiments.
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。
In the first embodiment of the present invention, the
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。
The longitudinal direction of the
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。
The 1st
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。
A
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。
As the
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。
A
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。
A
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。
In such a
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。
However, the vibration intensity is not always strongest when a drive signal having an electrical resonance frequency of the
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。 In addition, as described above, in a mobile phone or a wearable terminal, the frequency of the drive signal that increases the vibration intensity changes when placed on a desk, held by hand, or worn on the body. Therefore, in a conventional drive device for a piezoelectric vibration device that applies a drive signal having a constant frequency, a sufficient amount of vibration cannot always be given to the housing.
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。 FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a wearable terminal including the piezoelectric vibration device and the driving device thereof according to the first embodiment.
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。
The
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。
The
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。
A
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。
The
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。
On the other hand, the
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。
The drive
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。 With reference to FIG. 5, the drive method in the piezoelectric vibration apparatus of this embodiment is demonstrated.
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。
Note that when the
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。
In this embodiment, the frequency of the drive signal is swept within a certain frequency range. The
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。 Thus, the optimum vibration can always be generated regardless of the fluctuation of the resonance frequency depending on the state of the piezoelectric vibration device.
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。 FIG. 5 shows a flowchart for explaining a driving method of the piezoelectric vibration device.
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。
In step S1, an AC drive signal is applied to the
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。
In step S2, the
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。
In step S <b> 3, the
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。
Therefore, according to the driving method of the present embodiment, the piezoelectric resonator can be driven at a frequency at which the amount of vibration applied to the
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。
Preferably, it is desirable to change the frequency sweep range to be narrow within the range including the frequency at which the acceleration, that is, the vibration amount is maximum. Thereby, the
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。
In the above embodiment, the
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。 For example, when it is required in advance that variations and fluctuations in the resonance frequency are within ± 10 Hz, the drive signal may be given to the piezoelectric resonator while sweeping the frequency of the drive signal in a frequency range including the resonance frequency. .
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。 The drive frequency sweep circuit and the drive signal application circuit may each be incorporated in the control circuit or the piezoelectric vibration device.
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。
In the above embodiment, the
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DESCRIPTION OF
Claims (6)
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、圧電振動装置の駆動装置。A driving device for driving a piezoelectric vibration device including a piezoelectric resonator,
A drive signal applying circuit for applying an AC drive signal to the piezoelectric resonator;
A drive device for a piezoelectric vibration device, comprising: a drive frequency sweep circuit that sweeps a frequency of the AC drive signal within a certain frequency range including a resonance frequency of the piezoelectric resonator.
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、請求項1に記載の圧電振動装置の駆動装置。A housing in which the piezoelectric vibration device is mounted;
A sensor provided in the housing to detect the amount of vibration applied to the housing by vibration of the piezoelectric vibration device;
When the frequency that is connected to the sensor and has the maximum amount of vibration is included in the frequency range of the AC drive signal, the frequency of the drive signal is within the fixed frequency range by the drive frequency sweep circuit. 2. The piezoelectric vibration device according to claim 1, further comprising: a control device that sweeps the frequency range of the AC drive signal to a range that includes a frequency at which the vibration amount is maximum when the frequency range is not included. Drive device.
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。A method of driving a piezoelectric vibration device including a piezoelectric resonator,
A method for driving a piezoelectric vibration device, wherein a frequency of a drive signal applied to the piezoelectric vibration device is swept within a certain frequency range including a resonance frequency of a vibration system including the piezoelectric resonator.
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4に記載の圧電振動装置の駆動方法。A method for driving a piezoelectric vibration device, further comprising: a housing in which the piezoelectric vibration device is mounted; and a sensor that detects a vibration amount applied to the housing by vibration of the piezoelectric vibration device in the housing. ,
When the frequency at which the vibration amount detected from the sensor is maximized is included in the frequency range of the AC drive signal, the frequency of the drive signal is swept within the fixed frequency range. 5. The method of driving a piezoelectric vibration device according to claim 4, wherein if there is not, the frequency range of the drive signal is changed to a range including a frequency at which the vibration amount is maximum.
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