JPWO2020152961A1 - 振動構造体および電子機器 - Google Patents

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Abstract

振動構造体は、電圧を加えることで面方向に変形するフィルム(12)と、フィルム(12)に接続される枠状部材(10)と、フィルム(12)に接続され、フィルム(12)が上記面方向に変形することによって上記面方向に振動し、上記面方向に端部を有する振動部(14)と、振動部(14)および枠状部材(10)を接続し、振動部(14)を支持する支持部(13)と、フィルム(12)と振動部(14)および枠状部材(10)とを接続する接続部材とを備える。支持部(13)は、平面視した場合に、端部よりも重心に近い位置に配置される。

Description

本発明は、振動構造体およびこれを備えた電子機器に関する。
例えば、特開2012−137971号公報(特許文献1)には、タッチパネルの端部に振動モータを配置し、タッチパネル全体を略均一な振動量で振動させる構成が開示されている。
特開2012−137971号公報
しかし、振動構造体が振動する振動部と複数の支持部とを備え、支持部によって振動部が支持されている場合、振動部が自重によって支持部と支持部の間が撓むことがある。
撓みは振動部に対して垂直な方向に発生するため、当該方向の振動であるベンディングモードが発生しやすくなる。
そこで、本発明の目的は、振動部のベンディングモードの発生を抑制する振動構造体およびこれを備えた電子機器を提供することにある。
本発明に基づく振動構造体は、電圧を加えることで面方向に変形するフィルムと、前記フィルムに接続される枠状部材と、平面視して前記枠状部材で囲われた領域の面積よりも面積が小さく、前記フィルムに接続され、前記フィルムが前記面方向に変形することにより、前記面方向に振動し、前記面方向に端部を有する振動部と、前記振動部と前記枠状部材とを接続し、前記振動部を支持する支持部と、前記フィルムと前記振動部および前記枠状部材とを接続する接続部材と、を備えている。前記支持部は、平面視した場合に、前記端部よりも重心に近い位置に配置されている。
本発明に基づく電子機器は、上記本発明に基づく振動構造体と、表示画面部と、筐体と、を備えている。
上記振動構造体およびこれを備えた電子機器とすれば、振動部のベンディングモードを抑制することができる。
図1(A)は、振動構造体1の斜視図であり、図1(B)は、振動構造体1のA−A断面図であり、図1(C)は、振動構造体1の平面図である。 図2(A)は、振動構造体2の斜視図であり、図2(B)は、振動構造体2のB−B断面図である。 図3(A)は、振動構造体3の斜視図であり、図3(B)は、振動構造体3のC−C断面図である。 図4(A)は、振動構造体4の斜視図であり、図4(B)は、振動構造体4のD−D断面図である。
図1(A)は、本発明第1の実施形態に係る振動構造体1の斜視図である。図1(B)は、図1(A)における振動構造体1のA−A断面図である。
振動構造体1は、枠状部材10と、圧電フィルム12と、第1支持部131、第2支持部132、第3支持部133、第4支持部134、第5支持部135および第6支持部136を有する支持部13と、振動部14と、第1接続部材151および第2接続部材152を有する接続部材15とを備えている。
枠状部材10は、平面視した形状が長方形状であり、枠状部材10で囲われた領域11を有する。枠状部材10で囲われた領域内には、支持部13と振動部14とが配置される。枠状部材10で囲われた領域は、支持部13と振動部14によって枠状部材10の長手方向の両端に配置された2つの第1開口11Aと、短手方向の両端に配置された2つの第2開口11Bとを形成する。第1開口11Aは、長方形状であり、枠状部材10の短手方向に沿って長い形状となっている。第2開口11Bは、枠状部材10の長手方向に沿って長い長方形状の開口である。第2開口11Bの長手方向の両端は、枠状部材10の中心軸(図中のA−A線)に向かって延在している。
振動部14は、平面視して長方形状であり、枠状部材10で囲われた領域11内に配置されている。振動部14の面積は、枠状部材10で囲われた領域11の面積より小さくなっている。
支持部13は、振動部14と枠状部材10とを接続し、振動部14が枠状部材10で支持されるようにする。支持部13は、第1支持部131、第2支持部132、第3支持部133、第4支持部134、第5支持部135および第6支持部136を有する。第1支持部131と第2支持部132は、振動部14を介して対向する様に設けられ、振動部14の重心16付近に設けられる。第3支持部133と第4支持部134は、振動部14を介して対向する様に設けられ、振動部14の長辺方向の端部に設けられる。第5支持部135と第6支持部136は、振動部14を介して対向するように設けられ、第3支持部および第4支持部が設けられる長辺方向の端部と反対側の長辺方向の端部に設けられる。また、圧電フィルム12は、振動部14の長手方向に沿って伸縮する。つまり、振動部14の一方の辺において、第1支持部131、第3支持部133および第5支持部135が、圧電フィルム12が伸縮する方向に並んで配置され、振動部14の他方の辺において、第2支持部132、第4支持部134および第6支持部136が、圧電フィルム12が伸縮する方向に並んで配置される。この例では、支持部13は、圧電フィルム12が伸縮する方向に直交する方向である枠状部材10の短手方向に沿って長い長方形状であり、振動部14の長手方向の両端部で、該振動部14を保持する。
この例では、枠状部材10、振動部14、および支持部13は、同一部材(例えば、アクリル樹脂、PET、ポリカーボネイト(PC)、ガラスエポキシ、FRP、金属、またはガラス等)で形成されている。つまり、枠状部材10、振動部14、および支持部13は、1枚の長方形状の板部材を、第1開口11Aおよび第2開口11Bの形状に沿って打抜き加工することで形成される。枠状部材10、振動部14、および支持部13は、それぞれ別の部材であってもよいが、同一部材で形成されることで、容易に製造することができる。または、同一部材で形成されることで、振動部14の支持にゴム等の別の部材(クリープ劣化のある部材)を用いる必要がなく、長期間安定して振動部14を保持することができる。また、同一部材でかつ抜き打ち加工を行なう場合、複数の支持部13の固有振動周期が全く同じになるため、振動部14を振動させたときの振動部14の振動バラツキを軽減することができる。ただし、本発明において、これら部材は、同一部材で形成される必要はない。例えば、複数の支持部13にそれぞれ別の部材を用いた場合、振動部14の動きを調整することができる。例えば、支持部13にゴム等の弾性係数の高い材料を用いると、圧電フィルム12に印加する電圧の大きさを小さくすることができる。
圧電フィルム12は、枠状部材10および振動部14に接続される。圧電フィルム12は、電圧を加えると面方向に変形するフィルムである。圧電フィルム12は、平面視して枠状部材10の長手方向に沿って長い長方形状である。圧電フィルム12は、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)からなる。他にも、圧電フィルム12は、キラル高分子からなる態様であってもよい。キラル高分子は、例えば、L型ポリ乳酸(PLLA)またはD型ポリ乳酸(PDLA)等を用いる。
圧電フィルム12にPVDFを用いた場合、PVDFは耐水性があるため、この例における振動部材を備えた電子機器をどのような湿度環境下においても同じような振動をさせることができる。
また、圧電フィルム12にPLLAを用いた場合、PLLAは透過性の高い材料であるため、PLLAに付加する電極および振動部が透明な材料であれば、機器の内部状況を視認出来るため、製造し易くなる。また、PLLAは、焦電性が無いため、どのような温度環境下においても同じような振動をさせることができる。
圧電フィルム12には、仮にPLLAで構成される場合、延伸方向に対して各外周辺が略45°となるように裁断することで、圧電性を持たせる。
圧電フィルム12の長手方向の第1端は、枠状部材10の長手方向の第1端に接続される。圧電フィルム12の第2端は、振動部14の長手方向の第2端に接続される。
図1(B)に示すように、圧電フィルム12は、接続部材15を介して、枠状部材10および振動部14に接続される。圧電フィルム12は、第2接続部材152を介して枠状部材10に接続される。また、圧電フィルム12は、第1接続部材151を介して振動部14に接続される。枠状部材10は、平面視して枠状部材10の短手方向に沿って長い長方形状である。接続部材15は、ある程度の厚みがあり、圧電フィルム12を振動部14に接触させないように、ある程度離れた位置で、圧電フィルム12と振動部14とを接続させる。これにより、圧電フィルム12の両主面に設けられた不図示の電極が振動部14に接触しないため、圧電フィルム12が伸縮して振動部14が振動したとしても、電極が削られることがない。なお、枠状部材10、支持部13、および振動部14が導電性部材である場合、接続部材15と枠状部材10、支持部13、および振動部14との間に絶縁性部材またはコーティング膜を配置することが好ましい。この場合、枠状部材10、支持部13、および振動部14と圧電フィルム12の電極との間で電気的な短絡を防ぐことができる。
接続部材15は、例えば、金属、PET、ポリカーボネイト(PC)、ポリイミド、またはABS樹脂などからなる。接続部材15は、圧電フィルム12と振動部14と(および圧電フィルム12と枠状部材10と)を接着剤等で接続する。なお、接着剤等を介して、接続部材15と各種構成とを接続することは、必須ではない。例えば、接続部材15自体が、接着剤または両面テープであってもよい。この場合、接着剤等を別途用意する必要はない。
圧電フィルム12は、ある程度のテンションが掛けられた状態で、接続部材15を介して枠状部材10および振動部14に接続される。ただし、圧電フィルム12にテンションが掛けられた状態で接続されることは必須ではない。圧電フィルム12は、収縮した時のみテンションが掛けられる様に、接続されていてもよい。
圧電フィルム12は、電圧を印加すると面方向に変形する。具体的には、圧電フィルム12は、電圧を印加すると長手方向に伸縮する。圧電フィルム12が長手方向に伸縮することにより、振動部14は、長手方向に振動する。
圧電フィルム12には、両主面に平面電極が形成されている。平面電極は、不図示の駆動回路に接続される。駆動回路は、平面電極に電圧を印加することで、圧電フィルム12を伸縮させる。例えば、駆動回路が、圧電フィルム12に負の電圧を印加して、圧電フィルム12が収縮する場合、図1(C)に示すように、振動部14が長手方向(図中の右方向)に変位する。接続部材15は、非常に薄いため、ほとんど変形せずに力を伝える。そのため、圧電フィルム12が収縮すると、振動部14は、容易に変位する。
また、駆動回路が圧電フィルム12に例えば正の電圧を印加すると、圧電フィルム12は伸張する。ただし、圧電フィルム12が伸張しても、圧電フィルム12が撓むだけで、振動部14を変位させるのは困難である。そのため、駆動回路は、例えば主に圧電フィルム12に負の電圧を印加して、圧電フィルム12を伸縮させることにより、振動部14を振動させる。なお、テンションを掛けられた状態で圧電フィルム12が接続されている場合、フィルム伸張時に、初期のテンションで撓んでいた支持部13は、元に戻ろうとして振動部14は変位する。ここで、圧電フィルム12は、負の電荷を印加すると伸縮し、正の電荷をかけると伸張してもよい。
以上の様な電圧の印加は、繰り返し行なわれる。つまり、駆動回路は、交流電圧を印加する。駆動波形は、矩形波、三角波、台形波等、どの様な波形であってもよい。例えば、サイン波を印加すると、不要な振動を低減し、当該不要な振動で発生する音を低減することができる。
以上の振動構造体1においては、振動部14が枠状部材10の枠状部材10で囲われた領域11内で面方向に振動する。したがって、振動構造体1としての全体の厚みは、図1(B)に示すように、圧電フィルム12の厚みと接続部材15の厚みと振動部14板の厚みとの和だけであり、非常に薄くなる。また、圧電フィルム12は、弾性があり、耐衝撃性を有する。さらに、枠状部材10、振動部14、および支持部13が、同一部材である1枚の長方形状の板部材からなる場合には、振動部14の支持にゴム等の別の部材(クリープ劣化のある部材)を用いる必要がない。したがって、振動構造体1の構造によれば、長期間、安定して振動することができる。
また、支持部13が振動部14を平面視して振動部14の重心16付近に配置されているため、第3支持部133、第4支持部134、第5支持部135および第6支持部136のみで振動部14を支持する場合に比べて、振動部14が撓みにくくなっている。
そのため、振動部14が圧電フィルム12の伸縮によって振動した際に、振動方向と垂直方向の振動であるベンディングモードが発生しにくく、振動に伴う音が発生しにくい。
なお、振動部14の形状は、図1(C)に示した形状に限らない。例えば、枠状部材10は、平面視して全周を囲む環状である必要はなく、一部が開口した構造でもよい。また、枠状部材10および振動部14は、平面視して長方形状である必要はない。枠状部材10および振動部14は、多角形状、円形状、または楕円形状等であってもよい。
また、第1支持部131および第2支持部132は、仮にそれらが設けられていないときに振動部14の撓みが最も大きくなる箇所にそれぞれ設けられていることが好ましい。
支持部13は、3組6箇所に限らず7箇所以上に設けられてもよい。その場合、1次モードがより発生しにくくなる。
ここで、本実施の形態の如くに支持部を6箇所設けた場合には、これを4箇所設けた場合に比べて、外力が加わった場合(たとえば落下時等)に、振動構造体に捻れが生じることが抑制できる。そのため、当該捻れに起因した塑性変形を原因とする振動構造体の変形が抑制可能となる。したがって、当該変形によって振動構造体の振動特性が低下してしまうことが未然に防止可能となる。
また、振動構造体の組み立て作業時において、フィルムを長手方向に引っ張った状態で枠状部材に固定するに際して、フィルムの当該長手方向に延びる軸を基準とした左右方向(すなわち、フィルムの短手方向)においてフィルムの張力にアンバランスが生じると、振動部に捻れが生じる虞がある。この振動部の捻れは、振動構造体の振動特性の低下の原因になるばかりでなく、振動構造体の厚みが増すことにも繋がってしまう。
この点、本実施の形態の如くに支持部を6箇所設けた場合には、これを4箇所設けた場合に比べて、フィルムの張力に上述したアンバランスが生じた場合にも、振動部に捻れが生じることが抑制可能になり、結果として上述した振動特性の低下や厚みの増加を効果的に抑制することができる。
また、第3支持部133、第4支持部134、第5支持部135および第6支持部136は、振動部14の長辺に接続されず短辺に接続されてもよい。その場合、枠状部材10の長辺部の内側側面から圧電フィルム12の伸縮方向と垂直方向に延在する箇所を有して振動部14の短辺の側面へと接続されてもよい。その場合、振動構造体1が幅の狭い構造であっても支持部が圧電フィルム12の伸縮方向に撓むことができる。
振動構造体1は、ディスプレイなどの表示画面部と共に筐体に設けられてもよい。その場合、タッチセンサなどと組み合わせることによって、操作者の画面などへの入力に応じて振動を発生させることができる。
図2(A)は、本発明第2の実施形態に係る振動構造体2の斜視図である。図2(B)は、図2(A)における振動構造体2のB−B断面図である。
振動構造体2は、枠状部材20と、圧電フィルム22と、第1支持部231、第2支持部232、第3支持部233、第4支持部234、第5支持部235および第6支持部236を有する支持部23と、振動部24と、第1接続部材251および第2接続部材252を有する接続部材25とを備えている。
振動構造体2は、第1支持部231および第2支持部232が振動部24の重心26と第1接続部材251との間において振動部24と接続されている点で振動構造体1と異なり、その他の構成は同じである。そのため、振動構造体1と同じ構成に関しては、その説明を省略する。
図2(B)に示すように、第2支持部232と、当該第2支持部232に振動部24を介して対向する第1支持部231とは、振動部24の重心26と第1接続部材251との間に配置される。
振動構造体1のように、振動部14の重心付近に第1支持部131および第2支持部132が配置される場合、振動部14の第3支持部133、第4支持部134、第5支持部135および第6支持部136が配置される長辺方向の両端部を節にして、振動部14の重心16付近を腹とするような圧電フィルム12の伸縮方向と垂直な方向の振動であるベンディングモード(以下、1次モード)は発生しにくい。
しかし、振動部14を平面視して、第1支持部131と第3支持部133との間の距離、第2支持部132と第4支持部134との間の距離、第1支持部131と第5支持部135との間の距離、および、第2支持部132と第6支持部136との間の距離が、相互に略同じになるため、振動部14の両端部と第1支持部131および第2支持部132とを節にして、両端部のそれぞれと第1支持部131および第2支持部132との中間点を腹にするような圧電フィルム12の伸縮方向と垂直な方向の振動であるベンディングモード(以下、2次モード)が発生しやすくなる。
一方、本発明第2の実施形態に係る振動構造体2の第1支持部231および第2支持部232は、振動部24の重心26と第1接続部材251との間に配置される。
そのため、振動部24を平面視して、第1支持部231と第3支持部233との間の距離、および、第2支持部232と第4支持部234との間の距離と、第1支持部231と第5支持部235との間の距離、および、第2支持部232と第6支持部236との間の距離とが異なるため、振動部24が異なる共振周波数の箇所を有することになる。
共振周波数が異なる箇所が存在するため、振動部24において2次モードの発生が抑制される。つまり、圧電フィルム22の伸縮方向と垂直方向の振動が抑制され、振動構造体2にて発生する音を軽減することができる。
ここでは、支持部23が偶数設けられ、それらが対向するように配置した構造を示したが、この限りではなく、振動部24を挟んでそれぞれ異なる数の支持部23が設けられていてもよく、さらにはそれら支持部23が対向していなくてもよい。その場合、いずれかの支持部23が振動部24の重心26付近に配置されていたとしても、2次モードの発生を抑制することができる。
図3(A)は、本発明第3の実施形態に係る振動構造体3の斜視図である。図3(B)は、図3(A)における振動構造体3のC−C断面図である。
振動構造体3は、枠状部材30と、圧電フィルム32と、第1支持部331、第2支持部332、第3支持部333、第4支持部334、第5支持部335および第6支持部336を有する支持部33と、振動部34と、第1接続部材351および第2接続部材352を有する接続部材35とを備えている。
振動構造体3は、第1支持部331および第2支持部332が振動部34の重心36と第2接続部材352との間において振動部34と接続されている点で振動構造体2と異なり、その他の構成は同じである。そのため、振動構造体2と同じ構成に関しては、その説明を省略する。
図3(B)に示すように、第2支持部332と、当該第2支持部332に振動部34を介して対向する第1支持部231とは、振動部24の重心と第2接続部材252との間に配置される。
振動構造体3においては、第1接続部材351の厚みよりも、第2接続部材352の厚みが厚くなっている。つまり、圧電フィルム32と振動部34とは非平行に設けられている。この構成により、圧電フィルム32が伸縮する際に、振動部34に接触することを抑制している。
しかし、振動構造体2のように、第1支持部231および第2支持部232が振動部24の重心26と第1接続部材251との間に配置される場合において、上記のように圧電フィルム22を傾斜させた場合には、傾斜した圧電フィルム22により近い箇所に第1支持部231および第2支持部232が配置されることになるため、圧電フィルム22が第1支持部231および第2支持部232に接触する虞がある。
一方、本発明第3の実施形態に係る振動構造体3は、第1支持部331および第2支持部332は、振動部34の重心36と第2接続部材352との間に配置される。
そのため、上記のように構成した振動構造体2に比べて、傾斜した圧電フィルム32からより離れた箇所に第1支持部331および第2支持部332が配置されることになるため、第1支持部331および第2支持部332が圧電フィルム32と接触する虞を抑制できる。
また、振動構造体3は、第1支持部331と第3支持部333との間の距離、および、第2支持部332と第4支持部334との間の距離と、第1支持部331と第5支持部335との間の距離、および、第2支持部332と第6支持部336との間の距離とが異なるため、振動構造体2と同様に2次モードの発生が抑制される。
図4(A)は、本発明第4の実施形態に係る振動構造体4の斜視図である。図4(B)は、図4(A)における振動構造体4のD−D断面図である。
振動構造体4は、枠状部材40と、圧電フィルム42と、第1支持部431、第2支持部432、第3支持部433、第4支持部434、第5支持部435および第6支持部436を有する支持部43と、振動部44と、第1接続部材451および第2接続部材452を有する接続部材45とを備えている。
振動構造体4は、第1接続部材451が第1支持部431および第2支持部432と第5支持部435および第6支持部436との間に配置される点で振動構造体2と異なり、その他の構成は同じである。そのため、振動構造体2と同じ構成に関しては、その説明を省略する。
図4(B)に示すように、第2支持部432と、当該第2支持部432に振動部44を介して対向する第1支持部431とは、第3支持部433および第4支持部434と振動部44の重心46との間に配置される。
第1接続部材451は、第1支持部431および第2支持部432と第5支持部435および第6支持部436との間に配置される。
この構成によると、圧電フィルム42は、振動構造体4を平面視して第1支持部431および第2支持部432と重複しない。
そのため、圧電フィルム42が伸縮した際に圧電フィルム42と第1支持部431および第2支持部432とが接触する虞が振動構造体3よりも抑制される。
また、振動構造体2および振動構造体3と同様に、第1支持部431と第3支持部433との間の距離、および、第2支持部432と第4支持部434との間の距離と、第1支持部431と第5支持部435との間の距離、および、第2支持部432と第6支持部436との間の距離とが異なるため、2次モードの発生を抑制できる。
以上において説明した本発明第1ないし第4の実施形態における特徴的な構成は、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて相互に組み合わせることができる。
今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の技術的範囲は請求の範囲によって画定され、また請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
1 振動構造体、10 枠状部材、11 枠状部材で囲われた領域、12 圧電フィルム、131 第1支持部、132 第2支持部、133 第3支持部、134 第4支持部、135 第5支持部、136 第6支持部、14 振動部、151 第1接続部材、152 第2接続部材、16 重心。

Claims (8)

  1. 電圧を加えることで面方向に変形するフィルムと、
    前記フィルムに接続される枠状部材と、
    平面視して前記枠状部材で囲われた領域の面積よりも面積が小さく、前記フィルムに接続され、前記フィルムが前記面方向に変形することにより、前記面方向に振動し、前記面方向に端部を有する振動部と、
    前記振動部と前記枠状部材とを接続し、前記振動部を支持する支持部と、
    前記フィルムと前記振動部および前記枠状部材とを接続する接続部材と、を備え、
    前記支持部が、平面視した場合に、前記端部よりも重心に近い位置に配置されている、振動構造体。
  2. 前記支持部が、前記面方向に沿って延在する前記振動部の対向する2辺のうちの少なくとも一方の辺上の3箇所以上に設けられ、
    前記支持部のうちの同一の1辺に配置された隣り合う前記支持部間の長さが、それぞれ異なっている、請求項1に記載の振動構造体。
  3. 前記支持部が、前記面方向に沿って延在する前記振動部の対向する2辺と、前記面方向と異なる方向に延在する前記振動部の対向する2辺にそれぞれ配置され、
    前記面方向に沿って延在する前記振動部の対向する2辺のうちの少なくとも一方の辺には、1つ以上の前記支持部が配置され、
    前記支持部が配置される前記面方向に沿って延在する前記振動部の辺において、同一の1辺における端部と隣り合う前記支持部との間の距離、および、隣り合う前記支持部で区切られる区間の長さが、すべて異なっている、請求項1に記載の振動構造体。
  4. 前記フィルムの主面と前記振動部の主面とが、互いに非平行に配置されている、請求項1から3のいずれかに記載の振動構造体。
  5. 前記枠状部材、前記振動部、および前記支持部が、同一部材で形成されている、請求項1から4のいずれかに記載の振動構造体。
  6. 前記振動部と前記フィルムとを接続する第1接続部材の厚みと、前記枠状部材と前記フィルムとを接続する第2接続部材の厚みとが、異なっている、請求項1から5のいずれかに記載の振動構造体。
  7. 前記振動部が、前記支持部によって分けられる、共振周波数の異なる領域を有している、請求項1から6のいずれかに記載の振動構造体。
  8. 請求項1から7のいずれかに記載の振動構造体と、
    表示画面部と、
    筐体と、を備えた、電子機器。
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