WO2020137266A1 - 振動構造体および振動発生装置 - Google Patents

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WO2020137266A1
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frame
vibrating portion
piezoelectric film
film
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橋本　順一
遠藤　潤
亨 冨永
大寺　昭三
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株式会社村田製作所
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Definitions

  • the present invention relates to a vibration structure and a vibration generator that generate vibration.
  • Patent Document 1 discloses a seesaw-type vibration generator that uses two piezoelectric elements to cause a seesaw plate to swing and generate vibration.
  • noise noise such as vibration noise is likely to occur.
  • an object of the present invention is to provide a vibration structure and a vibration generation device that suppress the generation of vibration noise.
  • the vibrating structure according to the first aspect of the present disclosure is surrounded by a film that is deformed in a surface direction when a voltage is applied, a frame-shaped member connected to the film, and the frame-shaped member in plan view. Area smaller than the area of the inner side, is connected to the film, by virtue of the film is deformed in the surface direction, a vibrating portion vibrating in the surface direction, the vibrating portion and the frame-shaped member is connected, A first connection member that connects the film and the vibrating unit; and a second connection member that connects the film and the frame-shaped member, and the first connection A member is provided between the center of gravity of the vibrating portion and the second connecting member when the vibrating portion is viewed in plan.
  • the vibrating structure according to the second aspect of the present disclosure is surrounded by the film that is deformed in the surface direction when a voltage is applied, the frame-shaped member connected to the film, and the frame-shaped member in plan view.
  • the area is smaller than the inner area and has a frame-like shape, is connected to the film, and the film is deformed in the plane direction, thereby vibrating in the plane direction, the vibrating section, and the frame.
  • a connecting portion that connects the film-shaped member and supports the vibrating portion, a first connecting member that connects the film and the vibrating portion, and a second connecting member that connects the film and the frame-shaped member, Is equipped with.
  • a vibration generator includes a vibrating structure according to the first or second aspect of the present disclosure, a housing in which the vibrating structure is arranged, and a space between the vibrating structure and the housing. And a spacer member for securing the same.
  • FIG. 1A is a perspective view of the vibrating structure 1
  • FIG. 1B is a sectional view taken along the line AA in FIG. 1A
  • 3 is a plan view of the vibrating structure 1.
  • FIG. 3A is a cross-sectional view when the first connecting portion is arranged on the side opposite to the second connecting portion with the center of gravity of the vibrating portion interposed therebetween.
  • FIG. 3B is an exploded view of the force applied to the vibrating portion when the piezoelectric film contracts from the state of FIG. 3A.
  • FIG. 3C is an exploded view of the force applied to the vibrating portion when the piezoelectric film further contracts from the state of FIG. 3B.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view of the vibrating structure in the case where the first connecting member is arranged between the center of gravity of the vibrating section and the second connecting member.
  • FIG. 4(B) is an exploded view of the force applied to the vibrating portion when the piezoelectric film contracts from the state of FIG. 4(A). It is the figure which compared the displacement of the vibration part of Drawing 3 (C) and the displacement of the vibration part of Drawing 4 (B).
  • 6A is a perspective view of the vibrating structure 2
  • FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 4A.
  • FIG. 7(A) is a perspective view of the vibrating structure 3
  • FIG. 7(B) is a sectional view taken along line CC of FIG. 5(A).
  • 8A is a perspective view of the vibrating structure 4, and FIG. 8B is a sectional view taken along the line DD in FIG. 8A.
  • FIG. 1A shows a perspective view of the vibrating structure 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1B shows an AA cross-sectional view of the vibrating structure 1 in FIG.
  • the vibrating structure 1 of the present embodiment includes a frame-shaped member 10, a piezoelectric film 12, a supporting portion 13, a vibrating portion 14, and a connecting member 15 having a first connecting member 151 and a second connecting member 152. ing.
  • the frame-shaped member 10 has a rectangular shape in plan view and has an inner region surrounded by the frame-shaped member 10.
  • the support portion 13 and the vibrating portion 14 are arranged in the area surrounded by the frame member 10.
  • the region surrounded by the frame-shaped member 10 includes two first openings 11A arranged at both ends in the longitudinal direction of the frame-shaped member 10 by the supporting portion 13 and the vibrating portion 14, and two first openings 11A arranged at both ends in the lateral direction.
  • Two second openings 11B are formed.
  • the first opening 11A has a rectangular shape, and has a long shape along the lateral direction of the frame-shaped member 10.
  • the second opening 11B is rectangular and has a shape that is long along the longitudinal direction of the frame-shaped member 10. Both ends in the longitudinal direction of the second opening 11B extend toward the central axis (line AA in the figure) of the frame-shaped member 10.
  • the vibrating section 14 has a rectangular shape in a plan view and is arranged in an area surrounded by the frame-shaped member 10.
  • the area of the vibrating portion 14 is smaller than the area of the region surrounded by the frame-shaped member 10.
  • the supporting portion 13 connects the vibrating portion 14 and the frame-shaped member 10 so that the vibrating portion 14 is supported by the frame-shaped member 10.
  • the support portion 13 has a long rectangular shape along the lateral direction of the frame-shaped member 10 which is a direction orthogonal to the direction in which the piezoelectric film 12 expands and contracts, and at both end portions in the longitudinal direction of the vibrating portion 14, The vibrating section 14 is held.
  • the frame-shaped member 10, the vibrating portion 14, and the support portion 13 are formed of the same member (for example, acrylic resin, PET, polycarbonate (PC), glass epoxy, FRP, metal, glass, or the like). .. That is, the frame-shaped member 10, the vibrating portion 14, and the support portion 13 are formed by punching a single rectangular plate member along the shapes of the first opening 11A and the second opening 11B.
  • the frame-shaped member 10, the vibrating portion 14, and the support portion 13 may be different members, but they can be easily manufactured by forming the same member.
  • the vibrating portion 14 can be stably held for a long period of time. ..
  • another member such as rubber (a member having creep deterioration) for supporting the vibrating portion 14, and the vibrating portion 14 can be stably held for a long period of time. ..
  • these members need not be formed of the same member. For example, when different members are used for the plurality of support portions 13, the movement of the vibrating portion 14 can be adjusted. For example, if a material having a high elastic coefficient such as rubber is used for the support portion 13, the magnitude of the voltage applied to the piezoelectric film 12 can be reduced.
  • the piezoelectric film 12 is connected to the frame-shaped member 10 and the vibrating portion 14.
  • the piezoelectric film 12 is a film that deforms in the surface direction when a voltage is applied.
  • the piezoelectric film 12 has a rectangular shape that is long in the longitudinal direction of the frame-shaped member 10 in a plan view.
  • the piezoelectric film 12 is made of, for example, polyvinylidene fluoride (PVDF).
  • the piezoelectric film 12 may be made of a chiral polymer.
  • the chiral polymer for example, L-type polylactic acid (PLLA) or D-type polylactic acid (PDLA) is used.
  • the electronic device equipped with the vibrating member in this example can be made to vibrate similarly in any humidity environment.
  • PLLA When PLLA is used for the piezoelectric film 12, since the PLLA is a highly transparent material, if the electrodes and the vibrating portion 14 that are added to the PLLA are transparent materials, the internal condition of the device can be visually confirmed. Easier to do. Moreover, since PLLA has no pyroelectric property, it can be made to vibrate similarly under any temperature environment.
  • the piezoelectric film 12 is composed of PLLA, it is given piezoelectricity by cutting it so that each outer periphery is approximately 45° with respect to the stretching direction.
  • the first longitudinal end of the piezoelectric film 12 is connected to the first longitudinal end of the frame-shaped member 10.
  • the second end of the piezoelectric film 12 is connected to the first end side of the center of gravity of the vibrating portion 14.
  • the piezoelectric film 12 is connected to the frame-shaped member 10 and the vibrating portion 14 via the connecting member 15.
  • the connecting member 15 which has a rectangular shape that is long in the lateral direction of the frame-shaped member 10 in a plan view, has a certain thickness, and is located at a certain distance so that the piezoelectric film 12 does not come into contact with the vibrating portion 14, The piezoelectric film 12 and the vibrating portion 14 are connected.
  • the electrodes (not shown) provided on both main surfaces of the piezoelectric film 12 do not come into contact with the vibrating portion 14, so that even if the piezoelectric film 12 expands and contracts and vibrates the vibrating portion 14, the electrodes are not scraped. ..
  • the frame-shaped member 10, the supporting portion 13, and the vibrating portion 14 are conductive members, an insulating member or a coating film is provided between the connecting member 15 and the frame-shaped member 10, the supporting portion 13, and the vibrating portion 14. Is preferably arranged. In this case, an electrical short circuit can be prevented between the frame-shaped member 10, the support portion 13, and the vibrating portion 14 and the electrodes of the piezoelectric film 12.
  • the connecting member 15 is made of, for example, metal, PET, polycarbonate (PC), polyimide, ABS resin, or the like.
  • the connection member 15 includes a first connection member 151 that connects the piezoelectric film 12 and the vibrating portion 14 with an adhesive or the like, and a second connection member 152 that connects the piezoelectric film 12 and the frame-shaped member 10 with an adhesive or the like.
  • the connecting member 15 itself may be an adhesive or a double-sided tape. In this case, it is not necessary to separately prepare an adhesive or the like.
  • the piezoelectric film 12 is connected to the frame-shaped member 10 and the vibrating portion 14 via the connecting member 15 in a state in which a certain amount of tension is applied. However, it is not essential that the piezoelectric film 12 is connected in a tensioned state. The piezoelectric film 12 may be connected so that tension is applied when it contracts.
  • the piezoelectric film 12 deforms in the surface direction when a voltage is applied. Specifically, the piezoelectric film 12 expands and contracts in the longitudinal direction when a voltage is applied. As the piezoelectric film 12 expands and contracts in the longitudinal direction, the vibrating portion 14 vibrates in the longitudinal direction.
  • the piezoelectric film 12 has flat electrodes formed on both main surfaces.
  • a drive circuit (not shown) is connected to each electrode.
  • the drive circuit expands and contracts the piezoelectric film 12 by applying a voltage to the plane electrode. For example, when the drive circuit applies a negative voltage to the piezoelectric film 12 and the piezoelectric film 12 contracts, the vibrating portion 14 is displaced in the longitudinal direction (rightward in FIG. 2) as shown in FIG. ..
  • the drive circuit applies a positive voltage to the piezoelectric film 12, the piezoelectric film 12 expands. However, even if the piezoelectric film 12 expands, it is difficult to displace the vibrating portion 14 because only the piezoelectric film 12 bends. Therefore, the drive circuit vibrates the vibrating portion 14 by mainly applying a negative voltage to the piezoelectric film 12 to expand and contract the piezoelectric film 12.
  • the piezoelectric film 12 is connected in a tensioned state, when the film is stretched, the supporting portion 13 that has been bent by the initial tension is displaced and the vibrating portion 14 is displaced in an attempt to return to its original state.
  • the above voltage application is repeated. That is, the drive circuit applies the AC voltage.
  • the drive waveform may be any waveform such as a rectangular wave, a triangular wave, and a trapezoidal wave. For example, if a sine wave is applied, unnecessary vibration can be reduced and the sound generated by the unnecessary vibration can be reduced.
  • the rotation of the vibrating unit 14 will be described.
  • the structure in which the vibrating portion 14 has a finite thickness and is connected to the piezoelectric film 12 via the first connecting member 151 will be described.
  • FIG. 3A is a sectional view when the piezoelectric film 12 contracts when the vibrating portion 14 is horizontal (non-driving state).
  • FIG. 3B is a diagram showing a force 16 applied to the vibrating portion 14 when the piezoelectric film 12 contracts in FIG. 3A. Further, in FIG. 3B, the force 16 is applied to the vibrating portion. 14 is decomposed into a component 17 related to rotation around the center of gravity and a component 18 not related to rotation.
  • the vibrating portion 14 has a finite thickness, so that the component 17 that rotates around the center of gravity of the vibrating portion 14 is generated.
  • 3C shows the force applied to the vibrating portion when the piezoelectric film 12 further contracts from the state of FIG. 3B.
  • the generation of the component 17 that rotates around the center of gravity of the vibrating portion 14 causes the diaphragm to start rotating around the center of gravity when the vibrating structure 1 is driven. That is, horizontal vibration accompanied with rotation is generated.
  • FIG. 4A is a diagram when the piezoelectric film 12 is connected to the first end side of the center of gravity of the vibrating portion 14.
  • FIG. 4B shows the piezoelectric film 12 of FIG. 4A contracted.
  • FIG. 4B shows a force 16 applied to the vibrating portion 14 when the piezoelectric film 12 contracts when the vibrating portion 14 is tilted during the expansion and contraction of the piezoelectric film 12. 4(B), the force is decomposed into a component 17 related to the rotation of the vibrating portion 14 around the center of gravity and a component 18 not related to the rotation.
  • FIG. 5 is a diagram showing the displacement of the vibrating unit 14.
  • the graph plotted with the black circles in FIG. 5 represents the displacement of the vibrating portion 14 when the piezoelectric film 12 in FIG. 3C is connected to the second end side with respect to the center of gravity of the vibrating portion 14,
  • the graph plotted with the black squares represents the displacement of the vibrating portion 14 when the piezoelectric film 12 is connected to the first end side of the center of gravity of the vibrating portion 14 in FIG. 4B.
  • each vibrating portion 14 As can be seen from the displacement amount of each vibrating portion 14, it can be seen that the displacement of the vibrating portion 14 when the piezoelectric film 12 is connected to the first end side with respect to the center of gravity of the vibrating portion 14 is smaller. That is, the piezoelectric film 12 is connected to the first end side of the center of gravity of the vibrating portion 14, whereby the rotation of the vibrating portion 14 can be suppressed and the sound generated in the vibrating structure 1 can be suppressed. That is, since a restoring force is generated by the piezoelectric film 12 contracting with respect to the rotation of the vibrating portion 14 with the center of gravity as a fulcrum, the generation of vibration in the vertical direction or the rotation is suppressed, and the generation of noise sound can be reduced. ..
  • FIG. 3(C) and FIG. 4(B) the displacement of the vibrating portion 14 is shown larger than it actually is in order to facilitate understanding. The actual displacement of the vibrating portion 14 becomes smaller.
  • FIG. 6A shows a perspective view of the vibrating structure 2 according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6B shows a cross-sectional view of the vibrating structure 1 taken along the line BB in FIG. 6A.
  • FIG. 6(A) shows a structure in which the vibration structure 2 is attached to one surface of the housing 27 via the spacer 26.
  • the spacer 26 is attached along the long side of the rectangular frame member 20.
  • the spacer 26 has a thickness equal to or greater than that of the vibrating portion 24, and has a rectangular parallelepiped shape.
  • the spacer 26 secures a space between the vibrating structure 2 and the housing 27.
  • the spacer 26 secures a space between the vibrating structure 2 and the housing 27.
  • the spacer 26 is not limited to the shape shown in FIG. It may be provided on the short side of the frame member 20.
  • the spacer 26 does not have to be a rectangular parallelepiped, and may have an ellipsoidal shape or a spherical shape.
  • the vibrating portion 24 vibrates in the plane direction within the opening 21 of the frame-shaped member 20. Therefore, as shown in FIG. 4B, the overall thickness of the vibrating structure 2 is substantially the sum of the thickness of the piezoelectric film 22, the thickness of the connecting member 25, and the thickness of the vibrating portion 24 plate, and is very high. getting thin.
  • the piezoelectric film 22 is elastic and has impact resistance.
  • the frame-shaped member 20, the vibrating portion 24, and the supporting portion 23 are formed of a single rectangular plate member that is the same member, another member such as rubber (for creep deterioration) is used to support the vibrating portion 24. It is not necessary to use a certain member). Therefore, according to the structure of the vibrating structure 2, it is possible to vibrate stably for a long period of time.
  • the shape of the vibrating portion 24 is not limited to the shape shown in FIG.
  • the frame-shaped member 20 does not have to be an annular shape that surrounds the entire circumference in plan view, and may have a structure in which a part is opened.
  • the frame-shaped member 20 and the vibrating portion 24 do not have to be rectangular in plan view.
  • the frame-shaped member 20 and the vibrating portion 14 may have a polygonal shape, a circular shape, an elliptical shape, or the like.
  • FIG. 7A shows a perspective view of the vibrating structure 3 according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 7B shows a cross-sectional view taken along line CC of the vibrating structure 3 in FIG. 7A.
  • the piezoelectric film 32 is connected to the first end side surface of the vibrating portion 34 where the first connecting member 351 is arranged via the first connecting member 351. It is connected to the side surface of the frame-shaped member 30 facing the first end side surface of 34 through the second connecting member 352.
  • the piezoelectric film 32 is connected near a plane parallel to the main surface of the vibrating portion 34 that passes through the center of gravity of the vibrating portion 34. Therefore, when the piezoelectric film 32 contracts, a force component that causes rotation of the vibrating portion 34 around the center of gravity is less likely to occur. As a result, the sound generated in the vibrating structure 3 can be further suppressed.
  • the piezoelectric film 32 is not connected to the vibrating portion 34 on the main surface of the frame-shaped member 30 via the connecting member 35, the overall thickness of the vibrating structure 3 is not increased.
  • the piezoelectric film 32 may be connected to the vibrating portion 34 and the frame-shaped member 30 without the connection member 35.
  • the vibrating portion 34 and the frame-shaped member 30 may be formed by bonding thin plate-shaped members, and the piezoelectric film 32 may be sandwiched between them. In this case, it becomes possible to arrange the piezoelectric film 32 in the vicinity of a plane parallel to the main surface of the vibrating portion 34 that passes through the center of gravity of the vibrating portion 34.
  • FIG. 8A shows a perspective view of the vibrating structure 4 according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 8B shows a DD sectional view of the vibrating structure 4 in FIG.
  • the vibrating structure 4 includes a frame member 40, an opening 41, a piezoelectric film 42, a supporting portion 43, a vibrating portion 44, a connecting member 45, and a vibrating portion opening 49.
  • the vibrating portion 44 has a vibrating portion opening 49, and the vibrating portion 44 has a frame shape.
  • the piezoelectric film 42 is connected to the frame member 40 and the vibrating portion 44.
  • the longitudinal first end of the piezoelectric film 42 is connected to the longitudinal first end of the frame member 40.
  • the second end of the piezoelectric film 42 is connected to the second end of the vibrating portion 44 in the longitudinal direction.
  • the moment of inertia around the center of gravity of the vibrating portion 44 is larger than that in the case where the vibrating portion 44 is made of a uniform single plate having the same weight. Therefore, even when a force that rotates around the center of gravity of the vibrating portion 44 is applied as the piezoelectric film 42 contracts, the moment of inertia increases, the angular acceleration decreases, and the displacement of the vibrating portion 44 decreases.
  • the vibrating structure 4 can be realized in a lighter weight as compared with the case where the vibrating portion 44 is made of a uniform single plate having the same degree of difficulty in rotation.
  • the opening of the vibrating portion 44 is not limited to this shape, and may be any shape that has a larger moment of inertia than a uniform single plate shape.
  • the vibrating portion opening 49 may be provided in the vibrating portion 44 as a plurality of openings. A structure having an opening at a position including the center of gravity is preferable, but not limited to this. Further, the vibrating portion 44 may have a weight arranged at a position far from the center of gravity. In that case, the same effect as that of the vibrating structure 4 can be obtained.
  • the vibrating portion 44 may be a single plate or may have uneven density or material.
  • the first end of the piezoelectric film 42 in the longitudinal direction is connected to the first end of the frame-shaped member 40 in the longitudinal direction, and the second end of the piezoelectric film 42 is connected to the vibrating portion 44. May be connected to the first end side in the longitudinal direction with respect to the center of gravity of. In this case, the structure becomes more difficult to rotate, and the generation of sound can be further suppressed.

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Abstract

振動構造体（１）は、電圧を加えることで面方向に変形する圧電フィルム（１２）と、圧電フィルム（１２）に接続された枠状部材（１０）と、枠状部材（１０）に支持部（１３）を介して支持され、圧電フィルム（１２）が変形することで面方向に振動する振動部（１４）と、圧電フィルム（１２）と振動部（１４）および枠状部材（１０）とを接続する接続部材（１５）とを備える。接続部材（１５）のうち、振動部（１４）と圧電フィルム（１２）とを接続する第１接続部材（１５１）は、振動部（１４）の重心と、枠状部材（１０）および圧電フィルム（１２）を接続する第２接続部材（１５２）との間に配置される。

Description

振動構造体および振動発生装置
　本発明は、振動を発生させる振動構造体および振動発生装置に関する。
　近年、圧電素子などの電歪体を用いて振動を発生させる振動発生装置が提案されている。
　例えば、特開２００４－２５００９号公報（特許文献１）には、二つの圧電素子を用いてシーソー板を遥動し振動を発生させるシーソー型の振動発生装置が開示されている。
特開２００４－２５００９号公報
　しかし、遥動などの回転運動を伴う振動や振動面に対し垂直方向の振動を発生させる構造の場合、振動音などのノイズ音が発生しやすくなる。
　そこで、本発明の目的は、振動音の発生を抑制する振動構造体および振動発生装置を提供することにある。
　本開示の第１の局面に係る振動構造体は、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内側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とを接続する第１接続部材と、前記フィルムと前記枠状部材とを接続する第２接続部材と、を備え、前記第１接続部材が、前記振動部を平面視して前記振動部の重心と前記第２接続部材との間に設けられている。
　本開示の第２の局面に係る振動構造体は、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内側の面積よりも面積が小さく、枠状の形状であり、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とを接続する第１接続部材と、前記フィルムと前記枠状部材とを接続する第２接続部材と、を備えている。
　本開示の振動発生装置は、上記本開示の第１または第２の局面に係る振動構造体と、前記振動構造体が配置される筐体と、前記振動構造体と前記筐体との空間を確保するスペーサ部材と、を備えている。
　これらの振動構造体および振動発生装置とすることにより、振動音の発生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、図１（Ａ）におけるＡ－Ａ断面図である。 振動構造体１の平面図である。 図３（Ａ）は、振動部の重心を挟んで第２接続部と反対側に第１接続部が配置される場合の断面図である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の状態から圧電フィルムが収縮した際に振動部に加えられる力の分解図である。図３（Ｃ）は、図３（Ｂ）の状態からさらに圧電フィルムが収縮した際に振動部に加えられる力の分解図である。 図４（Ａ）は、第１接続部材が振動部の重心と第２接続部材との間に配置されている場合における振動構造体の断面図である。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の状態から圧電フィルムが収縮した場合に振動部に加えられる力の分解図である。 図３（Ｃ）の振動部の変位と図４（Ｂ）の振動部の変位を比較した図である。 図６（Ａ）は、振動構造体２の斜視図であり、図６（Ｂ）は、図４（Ａ）におけるＢ－Ｂ断面図である。 図７（Ａ）は、振動構造体３の斜視図であり、図７（Ｂ）は、図５（Ａ）におけるＣ－Ｃ断面図である。 図８（Ａ）は、振動構造体４の斜視図であり、図８（Ｂ）は図８（Ａ）におけるＤ－Ｄ断面図である。
　図１（Ａ）に本発明第１の実施形態に係る振動構造体１の斜視図を示す。図１（Ｂ）に図１（Ａ）における振動構造体１のＡ－Ａ断面図を示す。
　本実施形態の振動構造体１は、枠状部材１０と、圧電フィルム１２と、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で囲われた内側の領域を有する。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、長方形であり、枠状部材１０の長手方向に沿って長い形状となっている。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。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１４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の重心よりも第１端側に接続される。
　圧電フィルム１２が振動部１４の重心よりも第１端側に接続されることで、振動部１４が振動した際に重心周りに回転することを抑制できる。
　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。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とを接着剤等で接続する第１接続部材１５１、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第２接続部材１５２を有する。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、収縮した場合に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は、両主面に平面電極が形成されている。各電極には、不図示の駆動回路が接続される。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２に示すように、振動部１４が長手方向（図２中の右方向）に変位する。
　また、駆動回路が圧電フィルム１２に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、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。
　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。
　次に、振動部１４の回転について説明する。以下、振動部１４は有限の厚みを持ち、第１接続部材１５１を介して圧電フィルム１２に接続される構造について説明を行なう。
　図３（Ａ）は、振動部１４が水平な状態(非駆動状態)において圧電フィルム１２が収縮する場合の断面図である。
　図３（Ｂ）は、図３（Ａ）において圧電フィルム１２が収縮したときに振動部１４にかかる力１６を示した図であり、さらに図３（Ｂ）においては、その力１６を振動部１４の重心周りの回転に関わる成分１７と回転に関わらない成分１８とに分解して示している。
　図３（Ｂ）から、振動部１４が有限の厚みを有しているため、振動部１４の重心周りに回転する成分１７が発生することがわかる。
　図３（Ｃ）は、図３（Ｂ）の状態からさらに圧電フィルム１２が収縮した場合の振動部にかかる力を示している。
　図３（Ｂ）の状態から圧電フィルム１２が収縮すると、振動部１４がさらに回転する方向の成分１７が増加していることが分かる。
　この振動部１４の重心周りに回転する成分１７が発生することにより、振動構造体１が駆動した際振動板が重心周りに回転を開始する。つまり、回転を伴った水平方向の振動を発生させることとなる。
　さらに、重心周りに回転する成分１７が増加することによって、振動部１４の回転が大きくなる挙動を示す。
　図４（Ａ）は、圧電フィルム１２が振動部１４の重心よりも第１端側に接続される場合の図である。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の圧電フィルム１２が収縮したときを示している。
　図４（Ｂ）は、図３（Ｂ）と同様に、圧電フィルム１２の伸縮中に振動部１４が傾いている際に圧電フィルム１２が収縮したときに振動部１４にかかる力１６を示した図であり、さらに図４（Ｂ）においては、その力を振動部１４の重心周りの回転に関わる成分１７と回転に関わらない成分１８とに分解して示している。
　図４（Ｂ）のように、振動部１４が傾いている際に圧電フィルム１２が収縮すると、振動部１４の傾きを水平にする方向に回転させる成分１７が発生する。このため、振動部１４が傾いた際に回転することを抑制できる。
　図５は、振動部１４の変位を示した図である。図５中の黒丸でプロットされるグラフは、図３（Ｃ）における圧電フィルム１２が振動部１４の重心よりも第２端側に接続される場合の振動部１４の変位を表し、図５中の黒四角でプロットされるグラフは、図４（Ｂ）において圧電フィルム１２が振動部１４の重心よりも第１端側に接続される場合の振動部１４の変位を表している。
　それぞれの振動部１４の変位量からわかるように、圧電フィルム１２が振動部１４の重心よりも第１端側に接続される場合の振動部１４の変位が小さくなっていることが分かる。つまり、振動部１４の重心よりも第１端側に圧電フィルム１２が接続されることで振動部１４の回転を抑制し、振動構造体１にて発生する音を抑制することができる。すなわち、重心を支点とした振動部１４の回転に対し圧電フィルム１２が収縮することによる復元力が発生するため、垂直方向または回転を伴った振動の発生を抑制し、ノイズ音の発生を軽減できる。
　図３（Ｃ）と図４（Ｂ）では、理解を容易にするために、振動部１４の第１端側の端部が第１接続部材１５１の配置されている側と反対側に変位する場合について示したが、これと逆向きに変位する場合についても、同様に振動部１４の回転が抑制される。
　また、図３（Ｃ）と図４（Ｂ）では、理解を容易にするために、振動部１４の変位を実際よりも大きく示している。実際の振動部１４の変位は、より小さいものとなる。
　図６（Ａ）に本発明第２の実施形態に係る振動構造体２の斜視図を示す。図６（Ｂ）に図６（Ａ）における振動構造体１のＢ－Ｂ断面図を示す。
　図６（Ａ）は、振動構造体２が筐体２７のうちの１面にスペーサ２６を介して取り付けられる構造を示している。
　スペーサ２６は、長方形の枠状部材２０の長辺に沿って取り付けられる。スペーサ２６は、振動部２４と同程度もしくはそれ以上の厚みを有し、直方体の形状である。
　スペーサ２６は、振動構造体２と筐体２７との間の空間を確保する。振動構造体２の振動部２４が回転することによって振動構造体２と筐体２７との間の空気層に疎密が生じる際に、スペーサ２６によって一定の開口を設けることで空気の逃げ道を作り、音の発生を抑制する。
　スペーサ２６は、図６（Ａ）に示した形状に限らない。枠状部材２０の短辺側に設けられてもよい。スペーサ２６は、直方体でなくてもよく、楕円体や球状の形をとってもよい。
　以上の振動構造体２は、振動部２４が枠状部材２０の開口２１内で面方向に振動する。したがって、振動構造体２としての全体の厚みは、図４（Ｂ）に示すように、ほぼ圧電フィルム２２の厚みと接続部材２５の厚みと振動部２４板の厚みとの和であり、非常に薄くなる。また、圧電フィルム２２は、弾性があり、耐衝撃性を有する。さらに、枠状部材２０、振動部２４、および支持部２３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２４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２の構造によれば、長期間、安定して振動することができる。
　なお、振動部２４の形状は、図４（Ａ）に示した形状に限らない。例えば、枠状部材２０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２０および振動部２４は、平面視して長方形状である必要はない。枠状部材２０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。
　図７（Ａ）に本発明第３の実施形態に係る振動構造体３の斜視図を示す。図７（Ｂ）に図７（Ａ）における振動構造体３のＣ－Ｃ断面図を示す。
　図７（Ａ）の振動構造体３においては、圧電フィルム３２が、振動部３４の第１接続部材３５１が配置される第１端側面に第１接続部材３５１を介して接続され、さらに振動部３４の第１端側面に対向する枠状部材３０の側面に第２接続部材３５２を介して接続されている。
　図７（Ｂ）を見ると分かるように、圧電フィルム３２は、振動部３４の重心を通る振動部３４の主面に平行な平面上付近に接続される。そのため、圧電フィルム３２が収縮する際に、振動部３４の重心周りの回転を発生させる力の成分が発生しにくくなる。このことにより、振動構造体３にて発生する音をさらに抑制することができる。
　さらに、圧電フィルム３２が振動部３４と枠状部材３０の主面上において接続部材３５を介して接続されないため、振動構造体３の全体の厚みを増加させない。
　圧電フィルム３２は、接続部材３５を介さず振動部３４および枠状部材３０に接続されてもよい。例えば、振動部３４および枠状部材３０が薄い板状の部材を貼り合せて形成される構造にし、その間に圧電フィルム３２を挟み込むような形をとってもよい。この場合、より振動部３４の重心を通る振動部３４の主面に平行な平面付近に圧電フィルム３２を配置することが可能となる。
　図８（Ａ）に本発明第４の実施形態に係る振動構造体４の斜視図を示す。図８（Ｂ）に図８（Ａ）における振動構造体４のＤ－Ｄ断面図を示す。
　振動構造体４は、枠状部材４０と、開口４１と、圧電フィルム４２と、支持部４３と、振動部４４と、接続部材４５と、振動部開口４９とを備える。
　振動部４４は振動部開口４９を有しており、振動部４４の形状は枠状になっている。
　圧電フィルム４２は、枠状部材４０および振動部４４に接続される。圧電フィルム４２の長手方向の第１端は、枠状部材４０の長手方向の第１端に接続される。圧電フィルム４２の第２端は、振動部４４の長手方向の第２端に接続される。
　この構成の振動構造体４は、振動部４４の重心周りの慣性モーメントが、振動部４４が同じ重さで均一な単板からなる場合に比べて大きくなる。そのため、圧電フィルム４２の収縮に伴って振動部４４の重心周りに回転を行なう力が加わった場合でも、慣性モーメントが大きくなるので角加速度が小さくなり、振動部４４の変位が小さくなる。
　その結果、振動構造体４にて発生する音を抑制できる。
　また、この構成では、振動部４４が同程度の回転しにくさを有する均一な単板からなる場合に比べて振動構造体４をより軽量に実現できる。
　振動部４４の開口部は、この形状に限らず、均一な単板状に比べて慣性モーメントが大きくなるような形状であればよい。振動部開口４９は、複数の開口として振動部４４に設けられてもよい。好ましくは重心を含む箇所に開口を有している構造が好ましいが、この限りではない。さらに振動部４４が重心から遠い位置に錘が配置されている構成でもよい。その場合、振動構造体４と同様の効果を得ることができる。また、振動部４４は、単板であってもその密度や材質が不均一となっていてもよい。
　また、第１の実施形態と同様に、圧電フィルム４２の長手方向の第１端は、枠状部材４０の長手方向の第１端に接続され、圧電フィルム４２の第２端は、振動部４４の重心よりも長手方向の第１端側に接続されてもよい。この場合、より回転しにくい構造となり、より音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　開口、１２　圧電フィルム、１３　支持部、１４　振動部、１５　接続部材、１５１　第１接続部材、１５２　第２接続部材、１６　振動部１４にかかる力、１７　振動部１４の重心周りの回転に関わる成分、１８　回転に関わらない成分、２６　スペーサ、２７　筐体、４９　振動部開口。

Claims (5)

  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内側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とを接続する第１接続部材と、
    　前記フィルムと前記枠状部材とを接続する第２接続部材と、を備え、
    　前記第１接続部材が、前記振動部を平面視して前記振動部の重心と前記第２接続部材との間に設けられている、振動構造体。
  2. 　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内側の面積よりも面積が小さく、枠状の形状であり、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とを接続する第１接続部材と、
    　前記フィルムと前記枠状部材とを接続する第２接続部材と、を備えた、振動構造体。
  3. 　前記第２接続部材が、前記振動部の側面に配置され、
    　前記第１接続部材が、前記枠状部材の前記第２接続部材が配置された側面と対向する側面に配置され、
    　前記フィルムが、前記第１接続部材および前記第２接続部材の間に配置されている、請求項１または２に記載の振動構造体。
  4. 　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３のいずれかに記載の振動構造体。
  5. 　請求項１から４のいずれかに記載の振動構造体と、
    　前記振動構造体が配置される筐体と、
    　前記振動構造体と前記筐体との空間を確保するスペーサ部材と、を備えた、振動発生装置。
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