WO2025204643A1 - 振動発生装置 - Google Patents
振動発生装置Info
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- WO2025204643A1 WO2025204643A1 PCT/JP2025/008027 JP2025008027W WO2025204643A1 WO 2025204643 A1 WO2025204643 A1 WO 2025204643A1 JP 2025008027 W JP2025008027 W JP 2025008027W WO 2025204643 A1 WO2025204643 A1 WO 2025204643A1
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- piezoelectric element
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/04—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with electromagnetism
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- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
Definitions
- This disclosure relates to a vibration generating device.
- piezoelectric elements as vibration generators, like transducers that convert electrical signals into sound waves. It is also known to use Langevin-type transducers with a diaphragm to generate ultrasound waves.
- the purpose of this disclosure is to provide a vibration generating device that can be used in a variety of applications.
- a vibration generating device includes a rigid body, a first piezoelectric element fixed to the rigid body and arranged along a first axis passing through the rigid body, a second piezoelectric element fixed to the rigid body and arranged along a second axis passing through the rigid body in a direction different from the first axis, a first pressing member pressing the first piezoelectric element toward the rigid body, and a second pressing member pressing the second piezoelectric element toward the rigid body.
- This disclosure allows for a wide variety of uses.
- FIG. 1 is a plan view showing a vibration generator according to a first embodiment.
- FIG. 2 is a cross-sectional view showing the vibration generator according to the first embodiment.
- FIG. 3 is a cross-sectional view showing the cylindrical body.
- FIG. 4A is a cross-sectional view showing the fastening member.
- FIG. 4B is a cross-sectional view showing the fastening member.
- FIG. 4C is a cross-sectional view showing the fastening member.
- FIG. 4D is a cross-sectional view showing the fastening member.
- FIG. 5A is a cross-sectional view showing a piezoelectric element included in the first embodiment.
- FIG. 5B is a cross-sectional view showing a piezoelectric element included in the first embodiment.
- FIG. 5A is a cross-sectional view showing a piezoelectric element included in the first embodiment.
- FIG. 5B is a cross-sectional view showing a piezoelectric element included in the
- FIG. 6 is a plan view showing a vibration generator according to a modified example of the first embodiment.
- FIG. 7 is a cross-sectional view showing a piezoelectric element included in a modified example of the first embodiment.
- FIG. 8 is a cross-sectional view showing a helmet according to the second embodiment.
- FIG. 9 is a schematic diagram showing a hammock and a vibration generator according to the second embodiment.
- FIG. 10 is a cross-sectional view showing a handle of a bicycle according to the third embodiment.
- FIG. 11 is a cross-sectional view showing a shift knob for an automobile according to a fourth embodiment.
- FIG. 12 is a cross-sectional view showing an acoustic device according to a fifth embodiment.
- FIG. 13 is a cross-sectional view showing a Calm device according to a sixth embodiment.
- FIG. 14 is a diagram showing an example of a modulated wave used to drive a piezoelectric element.
- Fig. 1 is a plan view showing the vibration generator according to the first embodiment.
- Fig. 2 is a cross-sectional view showing the vibration generator according to the first embodiment.
- Fig. 2 corresponds to a cross-sectional view taken along line II-II in Fig. 1.
- the vibration generator 1 includes piezoelectric elements 11, 12, 13, 14, 15, and 16, support members 21, 22, 23, and 24, a rigid body 20, and a housing 90.
- the housing 90 has a cylindrical body 50 and fastening members 110, 120, 130, and 140.
- Figure 3 is a cross-sectional view showing the cylindrical body 50.
- Figures 4A to 4D are cross-sectional views showing the fastening members.
- Figure 4A shows fastening member 110
- Figure 4B shows fastening member 120
- Figure 4C shows fastening member 130
- Figure 4D shows fastening member 140.
- the cylindrical body 50 has a through hole 60 extending along the Z axis and a through hole 70 extending along the X axis.
- the through hole 60 has a central portion 61 and end portions 62 and 63. End portion 62 is located on the +Z side of the central portion 61, and end portion 63 is located on the -Z side of the central portion 61.
- the through hole 70 has a central portion 71 and end portions 72 and 73. End portion 72 is located on the +X side of the central portion 71, and end portion 73 is located on the -X side of the central portion 71.
- the central portions 61 and 71 intersect with each other.
- the cross section of the center 61 perpendicular to the Z axis is approximately rectangular, while the cross sections of the end portions 62 and 63 perpendicular to the Z axis are approximately circular. Threads 64 that form an internal thread are formed on the inner surface of end portion 62, and threads 65 that form an internal thread are formed on the inner surface of end portion 63. No threads are formed on the inner surface of the center 61.
- Rigid body 20 is provided at the intersection of center portion 61 and center portion 71.
- Piezoelectric elements 11 and 12 are provided within center portion 61 on the +Z side of rigid body 20.
- Piezoelectric element 12 is provided between piezoelectric element 11 and rigid body 20.
- Piezoelectric elements 13 and 14 are provided within center portion 61 on the -Z side of rigid body 20.
- Piezoelectric element 13 is provided between piezoelectric element 14 and rigid body 20.
- Piezoelectric element 15 is provided within center portion 71 on the +X side of rigid body 20.
- Piezoelectric element 16 is provided within center portion 71 on the -X side of rigid body 20.
- the support member 21, piezoelectric element 11, piezoelectric element 12, rigid body 20, piezoelectric element 13, piezoelectric element 14, and support member 22 are aligned in this order along the Z axis.
- the support member 23, piezoelectric element 15, rigid body 20, piezoelectric element 16, and support member 24 are aligned in this order along the X axis.
- the support member 21, piezoelectric element 11, piezoelectric element 12, rigid body 20, piezoelectric element 13, piezoelectric element 14, and support member 22 are spaced apart from the inner surface of the through hole 60 and do not contact the inner surface.
- the support member 23, piezoelectric element 15, rigid body 20, piezoelectric element 16, and support member 24 are spaced apart from the inner surface of the through hole 70 and do not contact the inner surface.
- the Z axis is an example of a first axis
- the X axis is an example of a second axis.
- the fastening member 110 has a head 111 and a threaded portion 112.
- the cross section of the head 111 perpendicular to the Z axis is approximately circular.
- the outer surface of the threaded portion 112 is formed with a male thread 113.
- the thread 113 fits into the thread 64 of the end portion 62.
- the fastening member 120 has a head 121 and a threaded portion 122.
- the cross section of the head 121 perpendicular to the Z axis is approximately circular.
- the outer surface of the threaded portion 122 is formed with a male thread 123.
- the thread 123 fits into the thread 65 of the end portion 63.
- the fastening member 130 has a head 131 and a threaded portion 132.
- the cross section of the head 131 perpendicular to the X axis is approximately circular.
- the outer surface of the threaded portion 132 is formed with a male thread 133.
- the thread 133 fits into the thread 74 of the end portion 72.
- the fastening member 140 has a head 141 and a threaded portion 142.
- the cross section of the head 141 perpendicular to the X axis is approximately circular.
- the outer surface of the threaded portion 142 is formed with a male thread 143.
- the thread 143 fits into the thread 75 of the end portion 73.
- the material of the cylindrical body 50 and the fastening members 110, 120, 130, and 140 is, for example, metal or resin.
- the Young's modulus of each of the support members 21, 22, 23, and 24 and the rigid body 20 is greater than the Young's modulus of each of the piezoelectric elements 11, 12, 13, 14, 15, and 16, the cylindrical body 50, and the fastening members 110, 120, 130, and 140.
- the material of the support members 21, 22, 23, and 24 and the rigid body 20 is, for example, stainless steel, aluminum, or an aluminum alloy.
- FIGs 5A and 5B are cross-sectional views showing the piezoelectric elements.
- Figure 5A shows piezoelectric element 11
- Figure 5B shows piezoelectric element 15.
- Piezoelectric elements 12, 13, and 14 have the same configuration as piezoelectric element 11
- piezoelectric element 16 has the same configuration as piezoelectric element 15.
- the piezoelectric element 11 has a piezoelectric body 30 consisting of multiple first piezoelectric layers 31, multiple first electrodes 32, and multiple second electrodes 34.
- the multiple first piezoelectric layers 31 are stacked in the Z-axis direction.
- the first piezoelectric layers 31, first electrodes 32, and second electrodes 34 are flat plates extending in the XY plane.
- the multiple first electrodes 32 and multiple second electrodes 34 are arranged alternately in the Z-axis direction.
- One first piezoelectric layer 31 is sandwiched between one first electrode 32 and one second electrode 34 in the Z-axis direction.
- the piezoelectric body 30 has a first region 36, a second region 37, and a third region 38.
- the first region 36 and the second region 37 are arranged alternately in the Z-axis direction.
- the third region 38 is arranged outside the first region 36, which is the outermost in the Z-axis direction.
- the first region 36 is a region in which first electrodes 32 and second electrodes 34 are arranged alternately at regular intervals in the Z-axis direction.
- the number of layers of the first piezoelectric layer 31 in the first region 36 is, for example, 50.
- the second region 37 and the third region 38 are regions in which the first electrodes 32 and the second electrodes 34 are not arranged.
- the second region 37 does not have to be arranged. Providing the second region 37 may improve reliability in some cases.
- Examples of materials that can be used for the first piezoelectric layer 31 include lead zirconate titanate (PZT: Pb(Zr,Ti) O3 ), barium titanate-based materials ( BaTiO3 , where Ba may be Ca and Ti may be Zr), bismuth titanate-based materials ( BiTiO3 , where part of Bi may be Na), and alkali niobate-based materials ( NaNbO3 , where Na may be Li or K).
- Examples of materials that can be used for the first electrode 32, the second electrode 34, the first external electrode 33, and the second external electrode 35 include metals such as Ag, Pd, Pt, Cu, Ni, and Au.
- the piezoelectric element 11 is a chip including a sintered body formed by stacking and sintering piezoelectric sheets, each having a first electrode 32 and a second electrode 34 formed on its surface.
- the shape of the piezoelectric element 11 is, for example, a rectangular parallelepiped, and the width of the piezoelectric element 11 in the X-axis and Y-axis directions is, for example, 3.5 mm, and the height in the Z-axis direction is 3 mm.
- the displacement ⁇ Z in the Z-axis direction on the ⁇ Z side surfaces of the piezoelectric element 11 is N
- the number of layers of the first piezoelectric layer 31 is V
- the voltage applied between the first electrode 32 and the second electrode 34 is V
- the constant related to the inverse piezoelectric constant is d33
- ⁇ Z d33 x V x N. Therefore, increasing the number N of layers of the first piezoelectric layer 31 increases the displacement ⁇ Z.
- the piezoelectric element 15 has a piezoelectric body 40 consisting of multiple second piezoelectric layers 41, multiple third electrodes 42, and multiple fourth electrodes 44.
- the multiple second piezoelectric layers 41 are stacked in the X-axis direction.
- the second piezoelectric layers 41, the third electrodes 42, and the fourth electrode 44 are flat plates extending in the YZ plane.
- the multiple third electrodes 42 and the multiple fourth electrodes 44 are arranged alternately in the X-axis direction.
- One second piezoelectric layer 41 is sandwiched between one third electrode 42 and one fourth electrode 44 in the X-axis direction.
- a third external electrode 43 is provided on the +Z side of the piezoelectric body 40, and a fourth external electrode 45 is provided on the -Z side of the piezoelectric body 40.
- the multiple third electrodes 42 are electrically connected to the third external electrode 43.
- the multiple fourth electrodes 44 are electrically connected to the fourth external electrode 45.
- Support member 25 is provided within end 82 on the +Y side of piezoelectric element 17.
- Support member 26 is provided within end 83 on the -Y side of piezoelectric element 18.
- the material for fastening members 150 and 160 can be the same as the material for fastening members 110, 120, 130, and 140.
- the material for support members 25 and 26 can be the same as the material for support members 21, 22, 23, and 24.
- FIG. 7 is a cross-sectional view showing the piezoelectric elements.
- Piezoelectric element 18 has the same configuration as piezoelectric element 17.
- the piezoelectric element 17 has a piezoelectric body 40A consisting of multiple third piezoelectric layers 41A, multiple fifth electrodes 42A, and multiple sixth electrodes 44A.
- the multiple third piezoelectric layers 41A are stacked in the Y-axis direction.
- the third piezoelectric layers 41A, the fifth electrodes 42A, and the sixth electrode 44A are flat plates extending in the ZX plane.
- the multiple fifth electrodes 42A and the multiple sixth electrodes 44A are arranged alternately in the Y-axis direction.
- One third piezoelectric layer 41A is sandwiched between one fifth electrode 42A and one sixth electrode 44A in the Y-axis direction.
- a fifth external electrode 43A is provided on the +Z side of the piezoelectric body 40A, and a sixth external electrode 45A is provided on the -Z side of the piezoelectric body 40A.
- the multiple fifth electrodes 42A are electrically connected to the fifth external electrode 43A.
- the multiple sixth electrodes 44A are electrically connected to the sixth external electrode 45A.
- the piezoelectric body 40A has a seventh region 46A, an eighth region 47A, and a ninth region 48A.
- the seventh region 46A and the eighth region 47A are arranged alternately in the Y-axis direction.
- the ninth region 48A is arranged outside the seventh region 46A, which is the outermost in the Y-axis direction.
- the seventh region 46A is a region in which the fifth electrodes 42A and the sixth electrodes 44A are arranged alternately at regular intervals in the Y-axis direction.
- the number of layers of the third piezoelectric layer 41A stacked in the seventh region 46A is, for example, 50.
- the eighth region 47A and the ninth region 48A are regions in which the fifth electrodes 42A and the sixth electrodes 44A are not provided.
- the eighth region 47A does not have to be provided. Providing the eighth region 47A may improve reliability in some cases.
- the material for the third piezoelectric layer 41A can be the same as the material for the first piezoelectric layer 31.
- the materials for the fifth electrode 42A, sixth electrode 44A, fifth external electrode 43A, and sixth external electrode 45A can be the same as the materials for the first electrode 32, second electrode 34, first external electrode 33, and second external electrode 35.
- the piezoelectric element 17 is a chip including a sintered body formed by stacking and sintering piezoelectric sheets, each having a fifth electrode 42A and a sixth electrode 44A formed on its surface.
- the shape of the piezoelectric element 17 is, for example, a rectangular parallelepiped, and the width of the piezoelectric element 17 in the X-axis and Z-axis directions is, for example, 3.5 mm, and the height in the Y-axis direction is 3 mm.
- the displacement amount ⁇ Y in the Y-axis direction on the ⁇ Y side surface of the piezoelectric element 17 is N
- the number of layers of the third piezoelectric layer 41A is V
- the voltage applied between the fifth electrode 42A and the sixth electrode 44A is V
- the constant related to the inverse piezoelectric constant is d33
- ⁇ Y d33 x V x N. Therefore, increasing the number of layers N of the third piezoelectric layer 41A increases the displacement amount ⁇ Y.
- the Q value is improved compared to when the piezoelectric elements 17 and 18 are not pressed. This phenomenon is not obtained when piezoelectric elements in a lateral displacement mode are used as the piezoelectric elements 17 and 18.
- the resonant frequency does not vary much depending on whether or not the piezoelectric elements 17 and 18 are pressed. This is thought to be due to the presence of support members 25 and 26.
- the piezoelectric elements 17 and 18 can expand and contract along the Y axis, and the cylindrical body 50, the fastening member 150, and the fastening member 160 can press the piezoelectric elements 17 and 18 along the Y axis.
- This improves the Q value of the mechanical vibration of the housing 90. Therefore, even if the vibration generator 1A is not provided with a vibration plate, high output is possible. For example, by controlling the expansion and contraction of the piezoelectric elements 17 and 18, it is possible to generate high-output vibrations.
- vibrations can be generated not only by the expansion and contraction of piezoelectric elements 11, 12, 13, and 14 along the Z axis and the expansion and contraction of piezoelectric elements 15 and 16 along the X axis, but also by the expansion and contraction of piezoelectric elements 17 and 18 along the Y axis.
- a second embodiment relates to a helmet.
- Fig. 8 is a cross-sectional view showing a helmet according to the second embodiment.
- the helmet 2 has a cap body 210, an impact absorbing liner 220, a hammock 230, and a vibration generator 1.
- the impact absorbing liner 220 is attached to the inside of the cap body 210.
- the hammock 230 is provided inside the impact absorbing liner 220.
- the vibration generator 1 is fixed to the hammock 230.
- FIG. 9 is a schematic diagram showing a hammock and vibration generator 1.
- the hammock 230 is made of a metal such as aluminum or an aluminum alloy.
- An opening 231 is formed in the hammock 230 to house the vibration generator 1.
- a support bar 232 that supports a screw 242 is provided within the opening 231.
- An elastic member 241 such as a spring is provided between the fastening member 120 and the hammock 230, and the fastening member 110 is pressed toward the elastic member 241 by the screw 242 supported by the support bar 232. In this way, the vibration generator 1 is fixed to the hammock 230.
- Vibration transmission plate 251 is attached to fastening member 130, and vibration transmission plate 252 is attached to fastening member 140.
- Vibration transmission plates 251 and 252 are made of resin, for example, and are positioned so that they pass through openings (not shown) formed in impact absorbing liner 220 and come into contact with the head of the user of helmet 2.
- Vibration generator 1 is positioned so that vibration transmission plates 251 and 252 extend left and right when helmet 2 is viewed from the front.
- sound waves can be generated by vibrations along the Z axis. For example, this can be used to play music or provide voice guidance for the navigation system.
- vibrations along the X axis can be used to provide vibration guidance for the navigation system. Specifically, right turns can be guided by vibrating the vibration transmission plate 251 or 252 on the right side, and left turns can be guided by vibrating the vibration transmission plate 251 or 252 on the left side.
- FIG. 10 is a cross-sectional view showing a bicycle handle according to the third embodiment.
- the bicycle handlebar 3 has a hollow grip 310 and a vibration generator 1.
- the vibration generator 1 is housed in the grip 310.
- Fixed members 321 and 322 are attached to the grip 310.
- Fixed member 321 is fixed to the fastening member 110 and also to the inner surface of the grip 310.
- Fixed member 322 is fixed to the fastening member 120 and also to the inner surface of the grip 310.
- Fixed members 321 and 322 are made of a metal such as stainless steel.
- Rubber material 331 is fixed to the fastening member 130, and rubber material 332 is fixed to the fastening member 140.
- sound waves can be generated by vibrations along the Z axis. For example, music can be played.
- the piezoelectric elements 15 and 16 are pressed, generating a voltage.
- vibration generators 1 are attached to the left and right grips 310 of the steering wheel 3, right or left turns can be guided by vibrating only one of them along the X axis.
- the fourth embodiment relates to a shift knob for an automobile.
- Fig. 11 is a cross-sectional view showing a shift knob for an automobile according to the fourth embodiment.
- the automotive shift knob 4 has a shaft 440, a hollow grip portion 410, and a vibration generator 1.
- the grip portion 410 is attached to one end of the shaft 440.
- the vibration generator 1 is housed in the grip portion 410.
- Fixed members 421 and 422 are attached within the grip portion 410.
- the fixed member 421 is fixed to the fastening member 110 and is also fixed to the inner surface of the grip portion 410.
- the fixed member 422 is fixed to the fastening member 120 and is also fixed to the inner surface of the grip portion 410.
- the fixed members 421 and 422 are arranged on an extension of the shaft 440.
- the fixed member 422 is on the shaft 440 side of the fixed member 421.
- the fixed members 421 and 422 are made of a metal such as stainless steel.
- Rubber material 431 is fixed to the fastening member 130, and rubber material 432 is fixed to the fastening member 140.
- sound waves can be generated by vibrations along the Z axis. For example, music can be played.
- Voice guidance can also be provided according to the gear range indicated by the shift knob 4.
- the piezoelectric elements 15 and 16 are pressed, generating a voltage.
- Vibrations caused by the expansion and contraction of the piezoelectric elements 15 and 16 can also provide vibration guidance according to the gear setting indicated by the shift knob 4. For example, a specific vibration guidance can be provided when the shift knob is set to "R range.”
- the fifth embodiment relates to a low-directivity acoustic device.
- Fig. 12 is a cross-sectional view showing the acoustic device according to the fifth embodiment.
- the acoustic device 5 sound waves are emitted from the fastening member 110, and sound waves based on the vibrations of the fastening members 130 and 140 are emitted from the resonant member 510. Because the resonant member 510 has a truncated cone shape, sound waves are emitted from the acoustic device 5 approximately uniformly in all directions parallel to the top surface of the base 520. In this way, the acoustic device 5 can generate sound waves with low directionality.
- Fig. 13 is a cross-sectional view showing the Calm device according to the sixth embodiment.
- the calm device 6 includes a flexible member 601 and a vibration generator 1.
- the flexible member 601 covers the entire vibration generator 1.
- the flexible member 601 contains, for example, silicone rubber, and is flexible enough to easily deform when gripped by a user.
- the Calm Device 6 When the user grips the Calm Device 6 along the X-axis, the piezoelectric elements 15 and 16 are pressed, generating a voltage. Then, in response to this generated voltage, sound waves can be generated by vibrations along the Z-axis. For example, the device can produce the sounds of birds or animals, or play music. In this way, the Calm Device 6 can provide a sense of comfort and relief to the user. It is also possible to stimulate the sense of hearing through bone conduction without generating sound waves.
- the flexible member 601 does not need to cover the entire vibration generator 1; for example, some or all of the fastening members 110, 120, 130, or 140 may be exposed from the flexible member 601.
- the piezoelectric element is driven by a driving device (not shown), and it is preferable that the piezoelectric element be driven based on a specific modulated wave when generating sound waves.
- the modulated wave will be explained.
- Figure 14 is a diagram showing an example of a modulated wave used to drive a piezoelectric element.
- the horizontal axis in Figure 14 represents time, and the vertical axis represents voltage.
- a signal with a period T1 (frequency f1) is a carrier wave 620.
- the envelope 630 of the modulated wave 610 corresponds to the signal wave.
- the signal wave has a period T2 (frequency f2).
- a sine wave is used as the carrier wave 620, but to simplify the illustration, a triangular wave is shown as the carrier wave 620. Furthermore, although the period T1 is much smaller than the period T2, the period T1 is shown enlarged in Figure 14 for ease of understanding.
- the carrier wave 620 is amplitude-modulated by the signal wave. In the example of Figure 14, both the carrier wave 620 and the signal wave are sine waves.
- the signal wave may be a square wave, triangular wave, sawtooth wave, or other wave type other than a sine wave.
- the frequency f1 of the carrier wave 620 is, for example, the resonant frequency of the housing 90.
- the resonant frequency may be a fundamental wave or a harmonic.
- the frequency f2 of the signal wave is a frequency to which the Pacinian corpuscles, which are receptors in the skin of the human body, are sensitive. Such frequencies are, for example, between 70 Hz and 1000 Hz.
- the frequency to which the Pacinian corpuscles are sensitive is 250 Hz.
- Modulation depth M of modulated wave 610 is, for example, 50% or more and 100% or less, or 80% or more and 100% or less.
- the frequency of the carrier wave 620 is in the range of 0.86 to 1.14 times the resonant frequency, it is easier to obtain aerial tactile sensations from the sound waves emitted from the fastening members 110, 120. It is more preferable that the frequency of the carrier wave 620 be 0.9 to 1.1 times the resonant frequency.
- the resonant frequency may be the resonant frequency of the fundamental wave mode or the resonant frequency of the harmonic mode.
- the frequency of the carrier wave 620 is, for example, 20 kHz to 110 kHz, or 30 kHz to 90 kHz.
- the frequency of the signal wave is preferably between 70 Hz and 1000 Hz, and more preferably between 110 Hz and 300 Hz, as this is sensed by the Pacinian corpuscles.
- the modulation depth M is preferably 50% or more, and more preferably 80% or more.
- ⁇ 2> The vibration generating device according to ⁇ 1>, wherein the first axis and the second axis are perpendicular to each other.
- ⁇ 3> one or more of the first piezoelectric elements are provided on either side of the rigid body along the first axis;
- the third piezoelectric element is a third piezoelectric layer; a fifth electrode and a sixth electrode sandwiching the third piezoelectric layer along the third axis; and The vibration generating device according to ⁇ 5>, wherein the third piezoelectric layer expands and contracts along the third axis by applying a voltage between the fifth electrode and the sixth electrode.
- ⁇ 8> The vibration generator according to any one of ⁇ 5> to ⁇ 7>, wherein one or more of the third piezoelectric elements are provided on both sides of the rigid body along the third axis.
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
振動発生装置は、剛体と、前記剛体を通る第1軸に沿って設けられ、前記剛体に固定された第1圧電素子と、前記剛体を通り、前記第1軸とは異なる方向である第2軸に沿って設けられ、前記剛体に固定された第2圧電素子と、前記第1圧電素子を前記剛体に向けて押圧する第1押圧部材と、前記第2圧電素子を前記剛体に向けて押圧する第2押圧部材と、を有する。
Description
本開示は、振動発生装置に関する。
電気信号を音波に変換するトランスデューサのように振動発生装置に圧電素子を用いることが知られている。超音波の生成に振動板を有するランジュバン型振動子を用いることが知られている。
近時、振動発生装置に対して用途の多様化の要請が高まっている。
本開示は、用途を多様化することができる振動発生装置を提供することを目的とする。
本開示の一態様によれば、振動発生装置は、剛体と、前記剛体を通る第1軸に沿って設けられ、前記剛体に固定された第1圧電素子と、前記剛体を通り、前記第1軸とは異なる方向である第2軸に沿って設けられ、前記剛体に固定された第2圧電素子と、前記第1圧電素子を前記剛体に向けて押圧する第1押圧部材と、前記第2圧電素子を前記剛体に向けて押圧する第2押圧部材と、を有する。
本開示によれば、用途を多様化することができる。
以下、本開示の実施形態について詳細に説明するが、本開示はこれらに限定されるものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省くことがある。以下の説明では、XYZ直交座標系を用いるが、当該座標系は、説明のために定めるものであって、振動発生装置の姿勢を限定するものではない。また、任意の点からみて、+Z側を上方、上側又は上ということがあり、-Z側を下方、下側又は下ということがある。
(第1実施形態)
まず、第1実施形態について説明する。第1実施形態は振動発生装置に関する。図1は、第1実施形態に係る振動発生装置を示す平面図である。図2は、第1実施形態に係る振動発生装置を示す断面図である。図2は、図1中のII-II線に沿った断面図に相当する。
まず、第1実施形態について説明する。第1実施形態は振動発生装置に関する。図1は、第1実施形態に係る振動発生装置を示す平面図である。図2は、第1実施形態に係る振動発生装置を示す断面図である。図2は、図1中のII-II線に沿った断面図に相当する。
図1及び図2に示すように、第1実施形態に係る振動発生装置1は、圧電素子11、12、13、14、15及び16と、支持部材21、22、23及び24と、剛体20と、筐体90とを有する。
筐体90は、筒体50と、締付部材110、120、130及び140とを有する。図3は、筒体50を示す断面図である。図4A~図4Dは、締付部材を示す断面図である。図4Aには締付部材110を示し、図4Bには締付部材120を示し、図4Cには締付部材130を示し、図4Dには締付部材140を示す。
図3に示すように、筒体50には、Z軸に沿って延びる貫通孔60と、X軸に沿って延びる貫通孔70とが形成されている。貫通孔60は、中心部61と、端部62及び63とを有する。端部62は中心部61の+Z側に設けられ、端部63は中心部61の-Z側に設けられている。貫通孔70は、中心部71と、端部72及び73とを有する。端部72は中心部71の+X側に設けられ、端部73は中心部71の-X側に設けられている。中心部61及び71は互いに交差する。
中心部61のZ軸に垂直な断面の形状は略矩形状であり、端部62及び63のZ軸に垂直な断面の形状は略円形状である。端部62の内側面に雌ねじとなるねじ山64が形成され、端部63の内側面に雌ねじとなるねじ山65が形成されている。中心部61の内側面には、ねじ山が形成されていない。
中心部71のX軸に垂直な断面の形状は略矩形状であり、端部72及び73のX軸に垂直な断面の形状は略円形状である。端部72の内側面に雌ねじとなるねじ山74が形成され、端部73の内側面に雌ねじとなるねじ山75が形成されている。中心部71の内側面には、ねじ山が形成されていない。
中心部61と中心部71とが交わる部分に剛体20が設けられている。圧電素子11及び12は剛体20の+Z側で中心部61内に設けられている。圧電素子12が圧電素子11と剛体20との間に設けられている。圧電素子13及び14は剛体20の-Z側で中心部61内に設けられている。圧電素子13が圧電素子14と剛体20との間に設けられている。圧電素子15は剛体20の+X側で中心部71内に設けられている。圧電素子16は剛体20の-X側で中心部71内に設けられている。
支持部材21は圧電素子11の+Z側で端部62内に設けられている。支持部材22は圧電素子14の-Z側で端部63内に設けられている。支持部材23は圧電素子15の+X側で端部72内に設けられている。支持部材24は圧電素子16の-X側で端部73内に設けられている。
このように、貫通孔60内において、支持部材21、圧電素子11、圧電素子12、剛体20、圧電素子13、圧電素子14及び支持部材22がこの順でZ軸に沿って並んでいる。また、貫通孔70内において、支持部材23、圧電素子15、剛体20、圧電素子16及び支持部材24がこの順でX軸に沿って並んでいる。例えば、支持部材21、圧電素子11、圧電素子12、剛体20、圧電素子13、圧電素子14及び支持部材22は貫通孔60の内側面から離れ、内側面に接していない。また、支持部材23、圧電素子15、剛体20、圧電素子16及び支持部材24は貫通孔70の内側面から離れ、内側面に接していない。Z軸は第1軸の一例であり、X軸は第2軸の一例である。
図4Aに示すように、締付部材110は、頭部111と、ねじ部112とを有する。頭部111のZ軸に垂直な断面の形状は略円形である。ねじ部112の外側面には、雄ねじとなるねじ山113が形成されている。ねじ山113は端部62のねじ山64に嵌る。図4Bに示すように、締付部材120は、頭部121と、ねじ部122とを有する。頭部121のZ軸に垂直な断面の形状は略円形である。ねじ部122の外側面には、雄ねじとなるねじ山123が形成されている。ねじ山123は端部63のねじ山65に嵌る。ねじを締めることで、締付部材110が支持部材21を-Z側に押圧し、締付部材120が支持部材22を+Z側に押圧する。この結果、圧電素子11、12、13及び14にZ軸に沿った圧縮応力が作用する。
図4Cに示すように、締付部材130は、頭部131と、ねじ部132とを有する。頭部131のX軸に垂直な断面の形状は略円形である。ねじ部132の外側面には、雄ねじとなるねじ山133が形成されている。ねじ山133は端部72のねじ山74に嵌る。図4Dに示すように、締付部材140は、頭部141と、ねじ部142とを有する。頭部141のX軸に垂直な断面の形状は略円形である。ねじ部142の外側面には、雄ねじとなるねじ山143が形成されている。ねじ山143は端部73のねじ山75に嵌る。ねじを締めることで、締付部材130が支持部材23を-X側に押圧し、締付部材140が支持部材24を+X側に押圧する。この結果、圧電素子15及び16にX軸に沿った圧縮応力が作用する。
筒体50並びに締付部材110、120、130及び140の材料は、例えば金属又は樹脂である。支持部材21、22、23及び24並びに剛体20の各々のヤング率は、圧電素子11、12、13、14、15及び16、筒体50並びに締付部材110、120、130及び140の各々のヤング率よりも大きい。支持部材21、22、23及び24並びに剛体20の材料は、例えばステンレス、アルミニウム又はアルミニウム合金である。
次に、圧電素子11、12、13、14、15及び16について説明する。図5A及び図5Bは、圧電素子を示す断面図である。図5Aには圧電素子11を示し、図5Bには圧電素子15を示す。圧電素子12、13及び14は圧電素子11と同じ構成を有し、圧電素子16は圧電素子15と同じ構成を有する。
図5Aに示すように、圧電素子11は、複数の第1圧電体層31からなる圧電体30と、複数の第1電極32及び複数の第2電極34とを有する。複数の第1圧電体層31は、Z軸方向に積層されている。第1圧電体層31、第1電極32及び第2電極34は、XY平面に広がる平板状である。複数の第1電極32及び複数の第2電極34はZ軸方向において互い違いに設けられている。1つの第1圧電体層31は、Z軸方向において1つの第1電極32と1つの第2電極34とに挟まれている。圧電体30の-X側の側面に第1外部電極33が設けられ、圧電体30の+X側の側面に第2外部電極35が設けられている。複数の第1電極32は第1外部電極33に電気的に接続されている。複数の第2電極34は第2外部電極35に電気的に接続されている。第1外部電極33と第2外部電極35との間に電圧を印加することで、逆圧電効果により、圧電体30は、Z軸方向に伸縮する。このように、第1電極32及び第2電極34に電圧を印加することで、第1電極32及び第2電極34の積層方向に伸縮する振動モードを縦変位型モード又はd33モードという。
圧電体30は、第1領域36、第2領域37及び第3領域38を備えている。第1領域36及び第2領域37は、Z軸方向に交互に設けられている。第3領域38は、Z軸方向において最も外側の第1領域36の外に設けられている。第1領域36は、Z軸方向において第1電極32と第2電極34とが一定間隔で交互に設けられた領域である。第1領域36における第1圧電体層31の積層数は一例として50層である。第2領域37及び第3領域38は、第1電極32及び第2電極34が設けられていない領域である。第2領域37は設けられていなくてもよい。第2領域37を設けることで信頼性が向上する場合もある。
第1圧電体層31の材料としては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛(PZT:Pb(Zr,Ti)O3)、チタン酸バリウム系材料(BaTiO3、BaはCaでもよく、TiはZrでもよい)、チタン酸ビスマス系材料(BiTiO3、Biの一部がNaでもよい)、ニオブ酸アルカリ系材料(NaNbO3、NaはLi又はKでもよい)を用いることができる。第1電極32、第2電極34、第1外部電極33及び第2外部電極35の材料としては、例えばAg、Pd、Pt、Cu、Ni及びAu等の金属を用いることができる。
圧電素子11は、表面に第1電極32及び第2電極34が形成された圧電体シートを積層し、焼結することにより形成される焼結体を含むチップである。圧電素子11の形状は例えば直方体であり、例えば、圧電素子11のX軸方向及びY軸方向の幅は3.5mm、Z軸方向の高さは3mmである。
圧電素子11における±Z側の表面におけるZ軸方向の変位量ΔZ、第1圧電体層31の積層数をN、第1電極32と第2電極34との間に印加される電圧をV、逆圧電定数に関連した定数をd33とすると、ΔZ=d33×V×Nである。よって、第1圧電体層31の積層数Nを多くすることで変位量ΔZが大きくなる。
図5Bに示すように、圧電素子15は、複数の第2圧電体層41からなる圧電体40と、複数の第3電極42及び複数の第4電極44とを有する。複数の第2圧電体層41は、X軸方向に積層されている。第2圧電体層41、第3電極42及び第4電極44は、YZ平面に広がる平板状である。複数の第3電極42及び複数の第4電極44はX軸方向において互い違いに設けられている。1つの第2圧電体層41は、X軸方向において1つの第3電極42と1つの第4電極44とに挟まれている。圧電体40の+Z側の側面に第3外部電極43が設けられ、圧電体40の-Z側の側面に第4外部電極45が設けられている。複数の第3電極42は第3外部電極43に電気的に接続されている。複数の第4電極44は第4外部電極45に電気的に接続されている。第3外部電極43と第4外部電極45との間に電圧を印加することで、逆圧電効果により、圧電体40は、X軸方向に伸縮する。このように、圧電素子15も縦変位型モード又はd33モードで振動する。
圧電体40は、第4領域46、第5領域47及び第6領域48を備えている。第4領域46及び第5領域47は、X軸方向に交互に設けられている。第6領域48は、X軸方向において最も外側の第4領域46の外に設けられている。第4領域46は、X軸方向において第3電極42と第4電極44とが一定間隔で交互に設けられた領域である。第4領域46における第2圧電体層41の積層数は一例として50層である。第5領域47及び第6領域48は、第3電極42及び第4電極44が設けられていない領域である。第5領域47は設けられていなくてもよい。第5領域47を設けることで信頼性が向上する場合もある。
第2圧電体層41の材料には、第1圧電体層31の材料と同じものを用いることができる。第3電極42、第4電極44、第3外部電極43及び第4外部電極45の材料には、第1電極32、第2電極34、第1外部電極33及び第2外部電極35の材料と同じものを用いることができる。
圧電素子15は、表面に第3電極42及び第4電極44が形成された圧電体シートを積層し、焼結することにより形成される焼結体を含むチップである。圧電素子15の形状は例えば直方体であり、例えば、圧電素子15のY軸方向及びZ軸方向の幅は3.5mm、X軸方向の高さは3mmである。
圧電素子15における±X側の表面におけるX軸方向の変位量ΔX、第2圧電体層41の積層数をN、第3電極42と第4電極44との間に印加される電圧をV、逆圧電定数に関連した定数をd33とすると、ΔX=d33×V×Nである。よって、第2圧電体層41の積層数Nを多くすることで変位量ΔXが大きくなる。
筒体50、締付部材110及び締付部材120が第1押圧部材として圧電素子11、12、13及び14をZ軸に沿って押圧することで、圧電素子11、12、13及び14が押圧されない場合に比べ、Q値が向上する。このような現象は、圧電素子11、12、13及び14として、横変位型モードの圧電素子を用いた場合には得られない現象であり、本発明者らがはじめて発見した現象である。なお、横変位型モードとは、第1電極32と第2電極34の積層方向に対し圧電素子11、12、13及び14の振動方向が直交するモードである。圧電素子11、12、13及び14の押圧の有無に対し、共振周波数はあまり変動しない。これは、支持部材21及び22が設けられているためであると考えられる。
このように、圧電素子11、12、13及び14がZ軸に沿って伸縮することができ、筒体50、締付部材110及び締付部材120により圧電素子11、12、13及び14をZ軸に沿って押圧することができる。従って、筐体90の機械振動のQ値が向上する。よって、振動発生装置1に振動板が設けられていない場合でも、高出力化が可能となる。例えば、圧電素子11、12、13及び14の伸縮を制御することにより、高出力で振動を発生させることができる。
また、筒体50、締付部材130及び締付部材140が第2押圧部材として圧電素子15及び16をX軸に沿って押圧することで、圧電素子15及び16が押圧されない場合に比べ、Q値が向上する。このような現象は、圧電素子15及び16として、横変位型モードの圧電素子を用いた場合には得られない現象である。圧電素子15及び16の押圧の有無に対し、共振周波数はあまり変動しない。これは、支持部材23及び24が設けられているためであると考えられる。
このように、圧電素子15及び16がX軸に沿って伸縮することができ、筒体50、締付部材130及び締付部材140により圧電素子15及び16をX軸に沿って押圧することができる。従って、筐体90の機械振動のQ値が向上する。よって、振動発生装置1に振動板が設けられていない場合でも、高出力化が可能となる。例えば、圧電素子15及び16の伸縮を制御することにより、高出力で振動を発生させることができる。
本実施形態では、圧電素子11、12、13及び14のZ軸に沿った伸縮だけでなく、圧電素子15及び16のX軸に沿った伸縮によっても振動を発生させることができる。
なお、圧電素子15及び16の圧電効果を利用して、外部から圧電素子15及び16に印加される圧力に基づいて圧電素子15及び16に電圧を発生させてもよい。
Z軸に沿って設けられる圧電素子の数及びX軸に沿って設けられる圧電素子の数は限定されない。また、剛体20を基準として、Z軸に沿って一方の側(+Z側又は-Z側)のみに圧電素子が設けられていてもよく、X軸に沿って一方の側(+X側又は-X側)のみに圧電素子が設けられていてもよい。更にY軸に沿って圧電素子を剛体20に固定し、この圧電素子を剛体20に向けて押圧するようにしてもよい。
(第1実施形態の変形例)
次に、第1実施形態の変形例について説明する。変形例は、Y軸に沿って配置された圧電素子を有する点で第1実施形態と相違する。図6は、第1実施形態の変形例に係る振動発生装置を示す平面図である。
次に、第1実施形態の変形例について説明する。変形例は、Y軸に沿って配置された圧電素子を有する点で第1実施形態と相違する。図6は、第1実施形態の変形例に係る振動発生装置を示す平面図である。
図6に示すように、第1実施形態の変形例に係る振動発生装置1Aは、圧電素子11、12、13、14、15、16、17及び18と、支持部材21、22、23、24、25及び26と、剛体20と、筐体90とを有する。
筐体90は、筒体50と、締付部材110、120、130、140、150及び160とを有する。
筒体50には、Z軸に沿って延びる貫通孔60と、X軸に沿って延びる貫通孔70と、Y軸に沿って延びる貫通孔80とが形成されている。貫通孔80は、中心部81と、端部82及び83とを有する。端部82は中心部81の+Y側に設けられ、端部83は中心部81の-Y側に設けられている。中心部61、71及び81は互いに交差する。
中心部81のY軸に垂直な断面の形状は略矩形状であり、端部82及び83のY軸に垂直な断面の形状は略円形状である。端部82の内側面に雌ねじとなるねじ山が形成され、端部83の内側面に雌ねじとなるねじ山が形成されている。中心部81の内側面には、ねじ山が形成されていない。
中心部61と中心部71と中心部81とが交わる部分に剛体20が設けられている。圧電素子17は剛体20の+Y側で中心部81内に設けられている。圧電素子18は剛体20の-Y側で中心部81内に設けられている。
支持部材25は圧電素子17の+Y側で端部82内に設けられている。支持部材26は圧電素子18の-Y側で端部83内に設けられている。
このように、貫通孔80内において、支持部材25、圧電素子17、剛体20、圧電素子18及び支持部材26がこの順でY軸に沿って並んでいる。例えば、支持部材25、圧電素子17、剛体20、圧電素子18及び支持部材26は貫通孔80の内側面から離れ、内側面に接していない。Y軸は第3軸の一例である。
締付部材150は、頭部151と、ねじ部152とを有する。頭部151のY軸に垂直な断面の形状は略円形である。ねじ部152の外側面には、雄ねじとなるねじ山が形成されている。ねじ152のねじ山は端部82のねじ山に嵌る。締付部材160は、頭部161と、ねじ部162とを有する。頭部161のY軸に垂直な断面の形状は略円形である。ねじ部162の外側面には、雄ねじとなるねじ山が形成されている。ねじ部162のねじ山は端部83のねじ山に嵌る。ねじを締めることで、締付部材150が支持部材25を-Y側に押圧し、締付部材160が支持部材26を+Y側に押圧する。この結果、圧電素子17及び18にY軸に沿った圧縮応力が作用する。
締付部材150及び160の材料には、締付部材110、120、130及び140の材料と同じものを用いることができる。支持部材25及び26の材料には、支持部材21、22、23及び24の材料と同じものを用いることができる。
次に、圧電素子17及び18について説明する。図7は、圧電素子を示す断面図である。圧電素子18は圧電素子17と同じ構成を有する。
図7に示すように、圧電素子17は、複数の第3圧電体層41Aからなる圧電体40Aと、複数の第5電極42A及び複数の第6電極44Aとを有する。複数の第3圧電体層41Aは、Y軸方向に積層されている。第3圧電体層41A、第5電極42A及び第6電極44Aは、ZX平面に広がる平板状である。複数の第5電極42A及び複数の第6電極44AはY軸方向において互い違いに設けられている。1つの第3圧電体層41Aは、Y軸方向において1つの第5電極42Aと1つの第6電極44Aとに挟まれている。圧電体40Aの+Z側の側面に第5外部電極43Aが設けられ、圧電体40Aの-Z側の側面に第6外部電極45Aが設けられている。複数の第5電極42Aは第5外部電極43Aに電気的に接続されている。複数の第6電極44Aは第6外部電極45Aに電気的に接続されている。第5外部電極43Aと第6外部電極45Aとの間に電圧を印加することで、逆圧電効果により、圧電体40Aは、Y軸方向に伸縮する。このように、圧電素子17も縦変位型モード又はd33モードで振動する。
圧電体40Aは、第7領域46A、第8領域47A及び第9領域48Aを備えている。第7領域46A及び第8領域47Aは、Y軸方向に交互に設けられている。第9領域48Aは、Y軸方向において最も外側の第7領域46Aの外に設けられている。第7領域46Aは、Y軸方向において第5電極42Aと第6電極44Aとが一定間隔で交互に設けられた領域である。第7領域46Aにおける第3圧電体層41Aの積層数は一例として50層である。第8領域47A及び第9領域48Aは、第5電極42A及び第6電極44Aが設けられていない領域である。第8領域47Aは設けられていなくてもよい。第8領域47Aを設けることで信頼性が向上する場合もある。
第3圧電体層41Aの材料には、第1圧電体層31の材料と同じものを用いることができる。第5電極42A、第6電極44A、第5外部電極43A及び第6外部電極45Aの材料には、第1電極32、第2電極34、第1外部電極33及び第2外部電極35の材料と同じものを用いることができる。
圧電素子17は、表面に第5電極42A及び第6電極44Aが形成された圧電体シートを積層し、焼結することにより形成される焼結体を含むチップである。圧電素子17の形状は例えば直方体であり、例えば、圧電素子17のX軸方向及びZ軸方向の幅は3.5mm、Y軸方向の高さは3mmである。
圧電素子17における±Y側の表面におけるY軸方向の変位量ΔY、第3圧電体層41Aの積層数をN、第5電極42Aと第6電極44Aとの間に印加される電圧をV、逆圧電定数に関連した定数をd33とすると、ΔY=d33×V×Nである。よって、第3圧電体層41Aの積層数Nを多くすることで変位量ΔYが大きくなる。
筒体50、締付部材150及び締付部材160が第3押圧部材として圧電素子17及び18をY軸に沿って押圧することで、圧電素子17及び18が押圧されない場合に比べ、Q値が向上する。このような現象は、圧電素子17及び18として、横変位型モードの圧電素子を用いた場合には得られない現象である。圧電素子17及び18の押圧の有無に対し、共振周波数はあまり変動しない。これは、支持部材25及び26が設けられているためであると考えられる。
変形例の他の構成は第1実施形態と同様である。
このように、圧電素子17及び18がY軸に沿って伸縮することができ、筒体50、締付部材150及び締付部材160により圧電素子17及び18をY軸に沿って押圧することができる。従って、筐体90の機械振動のQ値が向上する。よって、振動発生装置1Aに振動板が設けられていない場合でも、高出力化が可能となる。例えば、圧電素子17及び18の伸縮を制御することにより、高出力で振動を発生させることができる。
変形例では、圧電素子11、12、13及び14のZ軸に沿った伸縮と、圧電素子15及び16のX軸に沿った伸縮とだけでなく、圧電素子17及び18のY軸に沿った伸縮によっても振動を発生させることができる。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態について説明する。第2実施形態はヘルメットに関する。図8は、第2実施形態に係るヘルメットを示す断面図である。
次に、第2実施形態について説明する。第2実施形態はヘルメットに関する。図8は、第2実施形態に係るヘルメットを示す断面図である。
第2実施形態に係るヘルメット2は、帽体210と、衝撃吸収ライナー220と、ハンモック230と、振動発生装置1とを有する。衝撃吸収ライナー220は帽体210の内側に取り付けられている。ハンモック230は衝撃吸収ライナー220内に設けられている。振動発生装置1はハンモック230に固定されている。
図9は、ハンモック及び振動発生装置1を示す模式図である。ハンモック230はアルミニウム又はアルミニウム合金等の金属製である。ハンモック230に、振動発生装置1が収容される開口231が形成されている。開口231内には、ねじ242を支持する支持バー232が設けられている。締付部材120とハンモック230との間にばね等の弾性部材241が設けられ、締付部材110が、支持バー232に支持されたねじ242により弾性部材241に向けて押圧される。このようにして、振動発生装置1はハンモック230に固定されている。
締付部材130に振動伝達プレート251が取り付けられ、締付部材140に振動伝達プレート252が取り付けられている。振動伝達プレート251及び252は、例えば樹脂製であり、衝撃吸収ライナー220に形成された開口部(図示せず)を貫通して、ヘルメット2の使用者の頭部に接触するように配置されている。振動発生装置1は、ヘルメット2を正面から見たときに振動伝達プレート251及び252が左右に延びるように配置されている。
ヘルメット2においては、Z軸に沿った振動により音波を発生させることができる。例えば、音楽を再生したり、ナビゲーションシステムの音声案内を行ったりすることができる。また、X軸に沿った振動によりナビゲーションシステムの振動案内を行うことができる。具体的には、右側にある振動伝達プレート251又は252を振動させることで右折を案内することができ、左側にある振動伝達プレート251又は252を振動させることで左折を案内することができる。
(第3実施形態)
次に、第3実施形態について説明する。第3実施形態は自転車のハンドルに関する。図10は、第3実施形態に係る自転車のハンドルを示す断面図である。
次に、第3実施形態について説明する。第3実施形態は自転車のハンドルに関する。図10は、第3実施形態に係る自転車のハンドルを示す断面図である。
第3実施形態に係る自転車のハンドル3は、中空のグリップ310と、振動発生装置1とを有する。振動発生装置1はグリップ310に収容されている。グリップ310内に固定部材321及び322が取り付けられている。固定部材321は締付部材110に固定されるとともに、グリップ310の内面に固定されている。固定部材322は締付部材120に固定されるとともに、グリップ310の内面に固定されている。固定部材321及び322はステンレス等の金属製である。
グリップ310に2つの開口が設けられており、一方の開口にゴム材331が設けられ、他方の開口にゴム材332が設けられている。ゴム材331は締付部材130に固定され、ゴム材332は締付部材140に固定されている。
ハンドル3においては、Z軸に沿った振動により音波を発生させることができる。例えば、音楽を再生することができる。また、ハンドル3の使用者がグリップ310を握ることで、圧電素子15及び16が押圧され、電圧を発生することができる。また、ハンドル3の左右のグリップ310に振動発生装置1が取り付けられている場合には、一方のみをX軸に沿って振動させることで右折又は左折を案内することができる。
(第4実施形態)
次に、第4実施形態について説明する。第4実施形態は自動車のシフトノブに関する。図11は、第4実施形態に係る自動車のシフトノブを示す断面図である。
次に、第4実施形態について説明する。第4実施形態は自動車のシフトノブに関する。図11は、第4実施形態に係る自動車のシフトノブを示す断面図である。
第4実施形態に係る自動車のシフトノブ4は、軸440と、中空の把持部410と、振動発生装置1とを有する。把持部410は軸440の一方の端部に取り付けられている。振動発生装置1は把持部410に収容されている。把持部410内に固定部材421及び422が取り付けられている。固定部材421は締付部材110に固定されるとともに、把持部410の内面に固定されている。固定部材422は締付部材120に固定されるとともに、把持部410の内面に固定されている。固定部材421及び422は軸440の延長線上に配置されている。固定部材422は固定部材421の軸440側にある。固定部材421及び422はステンレス等の金属製である。
把持部410に2つの開口が設けられており、一方の開口にゴム材431が設けられ、他方の開口にゴム材432が設けられている。ゴム材431は締付部材130に固定され、ゴム材432は締付部材140に固定されている。
シフトノブ4においては、Z軸に沿った振動により音波を発生させることができる。例えば、音楽を再生することができる。また、シフトノブ4が示すギアのレンジに応じた音声案内を行うこともできる。また、シフトノブ4の使用者が把持部410を握ることで、圧電素子15及び16が押圧され、電圧を発生することができる。圧電素子15及び16の伸縮に伴う振動により、シフトノブ4が示すギアの設定に応じた振動案内を行うこともできる。例えば「Rレンジ」に設定されている場合に、特定の振動案内を行うことができる。
(第5実施形態)
次に、第5実施形態について説明する。第5実施形態は低指向性の音響装置に関する。図12は、第5実施形態に係る音響装置を示す断面図である。
次に、第5実施形態について説明する。第5実施形態は低指向性の音響装置に関する。図12は、第5実施形態に係る音響装置を示す断面図である。
第5実施形態に係る音響装置5は、中空の共鳴部材510と、台座520と、振動発生装置1とを有する。締付部材120が台座520に固定されている。共鳴部材510は円錐台状の形状を有する。共鳴部材510の内側面に締付部材130及び140が固定されている。共鳴部材510は台座520に接している。共鳴部材510はステンレス等の金属製である。
音響装置5においては、締付部材110から音波が発せられるとともに、締付部材130及び140の振動に基づく音波が共鳴部材510から発せられる。共鳴部材510が円錐台の形状を有するため、音響装置5から台座520の上面に平行なすべての方向に略均一に音波が発せられる。このように、音響装置5によれば、低指向性で音波を発生させることができる。
(第6実施形態)
次に、第6実施形態について説明する。第6実施形態はカームデバイスに関する。図13は、第6実施形態に係るカームデバイスを示す断面図である。
次に、第6実施形態について説明する。第6実施形態はカームデバイスに関する。図13は、第6実施形態に係るカームデバイスを示す断面図である。
第6実施形態に係るカームデバイス6は、柔軟性部材601と、振動発生装置1とを有する。柔軟性部材601が振動発生装置1の全体を被覆する。柔軟性部材601は、例えばシリコーンゴムを含み、使用者が握った時に容易に変形する柔軟性を備える。
カームデバイス6においては、使用者がカームデバイス6をX軸に沿って握ると、圧電素子15及び16が押圧され、電圧を発生することができる。そして、この発生した電圧に応じて、Z軸に沿った振動により音波を発生させることができる。例えば、鳥や動物の鳴き声を発生させたり、音楽を再生させたりすることができる。このように、カームデバイス6によれば、癒しや安心を使用者に与えることができる。また、音波を発生させずに骨伝導により聴覚を刺激するようにしてもよい。
なお、柔軟性部材601は振動発生装置1の全体を被覆する必要はなく、例えば締付部材110、120、130又は140の一部又は全部が柔軟性部材601から露出していてもよい。
なお、いずれの実施形態においても、圧電素子は駆動装置(図示せず)により駆動され、音波の発生に際しては圧電素子が特定の変調波に基づいて駆動されることが好ましい。ここで、変調波について説明する。図14は、圧電素子の駆動に用いられる変調波の一例を示す図である。図14における横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示している。図14に示すように、周期T1(周波数f1)の信号は搬送波620である。変調波610の包絡線630は信号波に対応する。信号波は周期T2(周波数f2)である。搬送波620としては正弦波を用いるが、図の簡略化のため搬送波620として三角波を図示している。また、周期T1は周期T2に比べ非常に小さいが、理解しやすいように図14では周期T1を大きく図示している。変調波610では、搬送波620が信号波により振幅変調されている。図14の例では、搬送波620及び信号波ともに正弦波である。信号波は正弦波以外の矩形波、三角波又はのこぎり波等でもよい。
搬送波620の周波数f1は、例えば筐体90の共振周波数である。共振周波数は、基本波でもよいし高調波でもよい。信号波の周波数f2は、人体の皮膚の受容器であるパチニ小体が敏感に感じる周波数である。このような周波数は、例えば70Hz以上1000Hz以下である。パチニ小体等が敏感に感じる周波数は250Hzである。
変調波610における包絡線630の最も大きい振幅をA1、包絡線630の最も小さい振幅をA2としたとき、変調度MをM=(A1-A2)/(A1+A2)と定義する。変調波610の変調度Mは、例えば50%以上100%以下であり、80%以上100%以下である。
搬送波620の周波数を共振周波数の0.86倍以上1.14倍以下の範囲とすると、締付部材110、120から放出された音波により空中触覚を得やすい。搬送波620の周波数は共振周波数の0.9倍以上かつ1.1倍以下がより好ましい。なお、共振周波数は基本波モードの共振周波数でもよいし、高調波モードの共振周波数でもよい。搬送波620の周波数は、例えば20kHz以上110kHz以下であり、30kHz以上90kHz以下である。
信号波の周波数は、パチニ小体が感じるため、70Hz以上1000Hz以下が好ましく、110Hz以上300Hz以下がより好ましい。変調度Mは、50%以上が好ましく、80%以上がより好ましい。
以上、実施形態について詳述したが、本開示は特定の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。
本出願は、2024年3月27日に日本国特許庁に出願した特願2024-050838号に基づく優先権を主張するものであり、特願2024-050838号の全内容を本出願に援用する。
本開示の態様は、例えば、以下のとおりである。
<1>
剛体と、
前記剛体を通る第1軸に沿って設けられ、前記剛体に固定された第1圧電素子と、
前記剛体を通り、前記第1軸とは異なる方向である第2軸に沿って設けられ、前記剛体に固定された第2圧電素子と、
前記第1圧電素子を前記剛体に向けて押圧する第1押圧部材と、
前記第2圧電素子を前記剛体に向けて押圧する第2押圧部材と、
を有する、振動発生装置。
剛体と、
前記剛体を通る第1軸に沿って設けられ、前記剛体に固定された第1圧電素子と、
前記剛体を通り、前記第1軸とは異なる方向である第2軸に沿って設けられ、前記剛体に固定された第2圧電素子と、
前記第1圧電素子を前記剛体に向けて押圧する第1押圧部材と、
前記第2圧電素子を前記剛体に向けて押圧する第2押圧部材と、
を有する、振動発生装置。
<2>
前記第1軸と前記第2軸とは、互いに直交する、<1>に記載の振動発生装置。
前記第1軸と前記第2軸とは、互いに直交する、<1>に記載の振動発生装置。
<3>
1又は2以上の前記第1圧電素子が、前記第1軸に沿って前記剛体の両側に設けられ、
1又は2以上の前記第2圧電素子が、前記第2軸に沿って前記剛体の両側に設けられている、<1>又は<2>に記載の振動発生装置。
1又は2以上の前記第1圧電素子が、前記第1軸に沿って前記剛体の両側に設けられ、
1又は2以上の前記第2圧電素子が、前記第2軸に沿って前記剛体の両側に設けられている、<1>又は<2>に記載の振動発生装置。
<4>
前記第1圧電素子は、
第1圧電体層と、
前記第1軸に沿って前記第1圧電体層を挟む第1電極及び第2電極と、
を有し、
前記第1電極と前記第2電極との間に電圧を印加することで前記第1圧電体層が前記第1軸に沿って伸縮し、
前記第2圧電素子は、
第2圧電体層と、
前記第2軸に沿って前記第2圧電体層を挟む第3電極及び第4電極と、
を有し、
前記第3電極と前記第4電極との間に電圧を印加することで前記第2圧電体層が前記第2軸に沿って伸縮する、<1>乃至<3>のいずれかに記載の振動発生装置。
前記第1圧電素子は、
第1圧電体層と、
前記第1軸に沿って前記第1圧電体層を挟む第1電極及び第2電極と、
を有し、
前記第1電極と前記第2電極との間に電圧を印加することで前記第1圧電体層が前記第1軸に沿って伸縮し、
前記第2圧電素子は、
第2圧電体層と、
前記第2軸に沿って前記第2圧電体層を挟む第3電極及び第4電極と、
を有し、
前記第3電極と前記第4電極との間に電圧を印加することで前記第2圧電体層が前記第2軸に沿って伸縮する、<1>乃至<3>のいずれかに記載の振動発生装置。
<5>
前記剛体を通り、前記第1軸および前記第2軸と互いに異なる方向である第3軸に沿って設けられ、前記剛体に固定された第3圧電素子と、
前記第3圧電素子を前記剛体に向けて押圧する第3押圧部材と、
を有する、<1>乃至<4>のいずれかに記載の振動発生装置。
前記剛体を通り、前記第1軸および前記第2軸と互いに異なる方向である第3軸に沿って設けられ、前記剛体に固定された第3圧電素子と、
前記第3圧電素子を前記剛体に向けて押圧する第3押圧部材と、
を有する、<1>乃至<4>のいずれかに記載の振動発生装置。
<6>
前記第3圧電素子は、
第3圧電体層と、
前記第3軸に沿って前記第3圧電体層を挟む第5電極及び第6電極と、
を有し、
前記第5電極と前記第6電極との間に電圧を印加することで前記第3圧電体層が前記第3軸に沿って伸縮する、<5>に記載の振動発生装置。
前記第3圧電素子は、
第3圧電体層と、
前記第3軸に沿って前記第3圧電体層を挟む第5電極及び第6電極と、
を有し、
前記第5電極と前記第6電極との間に電圧を印加することで前記第3圧電体層が前記第3軸に沿って伸縮する、<5>に記載の振動発生装置。
<7>
前記第3軸は、前記第1軸及び前記第2軸に直交する、<5>又は<6>に記載の振動発生装置。
前記第3軸は、前記第1軸及び前記第2軸に直交する、<5>又は<6>に記載の振動発生装置。
<8>
1又は2以上の前記第3圧電素子が、前記第3軸に沿って前記剛体の両側に設けられている、<5>乃至<7>のいずれかに記載の振動発生装置。
1又は2以上の前記第3圧電素子が、前記第3軸に沿って前記剛体の両側に設けられている、<5>乃至<7>のいずれかに記載の振動発生装置。
<9>
前記第1押圧部材を含む筐体を有し、
前記第1圧電素子に、前記筐体の共振周波数の0.86倍以上1.14倍以下の周波数を有する搬送波を前記搬送波の周波数より低い周波数を有する信号波により振幅変調させた変調波の電圧が供給される、<1>乃至<8>のいずれかに記載の振動発生装置。
前記第1押圧部材を含む筐体を有し、
前記第1圧電素子に、前記筐体の共振周波数の0.86倍以上1.14倍以下の周波数を有する搬送波を前記搬送波の周波数より低い周波数を有する信号波により振幅変調させた変調波の電圧が供給される、<1>乃至<8>のいずれかに記載の振動発生装置。
<10>
前記信号波の周波数は70Hz以上1000Hz以下である、<9>に記載の振動発生装置。
前記信号波の周波数は70Hz以上1000Hz以下である、<9>に記載の振動発生装置。
1、1A:振動発生装置
11、12、13、14、15、16、17、18:圧電素子
20:剛体
21、22、23、24、25、26:支持部材
30、40、40A:圧電体
50:筒体
60、70、80:貫通孔
61、71、81:中心部
62、63、72、73、82、83:端部
64、65、74、75:ねじ山
90:筐体
110、120、130、140、150、160:締付部材
111、121、131、141、151、161:頭部
112、122、132、142、152、162:ねじ部
113、123、133、143:ねじ山
11、12、13、14、15、16、17、18:圧電素子
20:剛体
21、22、23、24、25、26:支持部材
30、40、40A:圧電体
50:筒体
60、70、80:貫通孔
61、71、81:中心部
62、63、72、73、82、83:端部
64、65、74、75:ねじ山
90:筐体
110、120、130、140、150、160:締付部材
111、121、131、141、151、161:頭部
112、122、132、142、152、162:ねじ部
113、123、133、143:ねじ山
Claims (10)
- 剛体と、
前記剛体を通る第1軸に沿って設けられ、前記剛体に固定された第1圧電素子と、
前記剛体を通り、前記第1軸とは異なる方向である第2軸に沿って設けられ、前記剛体に固定された第2圧電素子と、
前記第1圧電素子を前記剛体に向けて押圧する第1押圧部材と、
前記第2圧電素子を前記剛体に向けて押圧する第2押圧部材と、
を有する、振動発生装置。 - 前記第1軸と前記第2軸とは、互いに直交する、請求項1に記載の振動発生装置。
- 1又は2以上の前記第1圧電素子が、前記第1軸に沿って前記剛体の両側に設けられ、
1又は2以上の前記第2圧電素子が、前記第2軸に沿って前記剛体の両側に設けられている、請求項1又は2に記載の振動発生装置。 - 前記第1圧電素子は、
第1圧電体層と、
前記第1軸に沿って前記第1圧電体層を挟む第1電極及び第2電極と、
を有し、
前記第1電極と前記第2電極との間に電圧を印加することで前記第1圧電体層が前記第1軸に沿って伸縮し、
前記第2圧電素子は、
第2圧電体層と、
前記第2軸に沿って前記第2圧電体層を挟む第3電極及び第4電極と、
を有し、
前記第3電極と前記第4電極との間に電圧を印加することで前記第2圧電体層が前記第2軸に沿って伸縮する、請求項1又は2に記載の振動発生装置。 - 前記剛体を通り、前記第1軸および前記第2軸と互いに異なる方向である第3軸に沿って設けられ、前記剛体に固定された第3圧電素子と、
前記第3圧電素子を前記剛体に向けて押圧する第3押圧部材と、
を有する、請求項1又は2に記載の振動発生装置。 - 前記第3圧電素子は、
第3圧電体層と、
前記第3軸に沿って前記第3圧電体層を挟む第5電極及び第6電極と、
を有し、
前記第5電極と前記第6電極との間に電圧を印加することで前記第3圧電体層が前記第3軸に沿って伸縮する、請求項5に記載の振動発生装置。 - 前記第3軸は、前記第1軸及び前記第2軸に直交する、請求項5に記載の振動発生装置。
- 1又は2以上の前記第3圧電素子が、前記第3軸に沿って前記剛体の両側に設けられている、請求項5に記載の振動発生装置。
- 前記第1押圧部材を含む筐体を有し、
前記第1圧電素子に、前記筐体の共振周波数の0.86倍以上1.14倍以下の周波数を有する搬送波を前記搬送波の周波数より低い周波数を有する信号波により振幅変調させた変調波の電圧が供給される、請求項1又は2に記載の振動発生装置。 - 前記信号波の周波数は70Hz以上1000Hz以下である、請求項9に記載の振動発生装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2024-050838 | 2024-03-27 | ||
| JP2024050838 | 2024-03-27 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2025204643A1 true WO2025204643A1 (ja) | 2025-10-02 |
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ID=97219601
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2025/008027 Pending WO2025204643A1 (ja) | 2024-03-27 | 2025-03-05 | 振動発生装置 |
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|---|---|
| WO (1) | WO2025204643A1 (ja) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08256396A (ja) * | 1995-03-17 | 1996-10-01 | Nec Corp | 水中音響送波器 |
| CN102824999A (zh) * | 2012-08-30 | 2012-12-19 | 宁波新芝生物科技股份有限公司 | 一种大功率超声波换能组件及换能器 |
| CN115532570A (zh) * | 2021-06-30 | 2022-12-30 | 中国科学院声学研究所 | 一种深水无指向性换能器 |
-
2025
- 2025-03-05 WO PCT/JP2025/008027 patent/WO2025204643A1/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08256396A (ja) * | 1995-03-17 | 1996-10-01 | Nec Corp | 水中音響送波器 |
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