WO2026004331A1 - 振動発生装置 - Google Patents

振動発生装置

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WO2026004331A1
WO2026004331A1 PCT/JP2025/015936 JP2025015936W WO2026004331A1 WO 2026004331 A1 WO2026004331 A1 WO 2026004331A1 JP 2025015936 W JP2025015936 W JP 2025015936W WO 2026004331 A1 WO2026004331 A1 WO 2026004331A1
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WO
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actuator
piezoelectric
vibration
vibration generator
electrode
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茂雄 石井
岳行 福島
由香里 佐藤
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Taiyo Yuden Co Ltd
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Taiyo Yuden Co Ltd
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Publication date
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    • 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
    • B06B1/06—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
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/20—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics
    • H04R1/22—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired frequency characteristic only 
    • H04R1/24—Structural combinations of separate transducers or of two parts of the same transducer and responsive respectively to two or more frequency ranges
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R7/00—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones
    • H04R7/02—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones characterised by the construction
    • H04R7/04—Plane diaphragms

Definitions

  • This disclosure relates to a vibration generating device.
  • Vibration generating devices such as speakers are known that use a piezoelectric element to vibrate a diaphragm and a coil and magnet to vibrate another diaphragm.
  • Japanese Patent No. 6578554 Japanese Patent Application Publication No. 2001-238285 Japanese Patent No. 3809917 Japanese Patent Application Publication No. 2006-319626 Japanese Patent No. 6195869
  • the purpose of this disclosure is to provide a vibration generating device that can improve portability.
  • a vibration generating device includes a first piezoelectric actuator that imparts a first vibration to an object, a second electromagnetic actuator that imparts a second vibration to the object, and a support member that supports the first actuator and the second actuator, and the first actuator and the second actuator are detachable from the object.
  • This disclosure allows for improved portability.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a vibration generator according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a bottom view showing the vibration generator according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the first actuator.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the cylindrical body.
  • FIG. 5A is a cross-sectional view showing the fastening member.
  • FIG. 5B is a cross-sectional view showing the fastening member.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a piezoelectric element.
  • FIG. 7 is a perspective view showing the second actuator.
  • FIG. 8 is a top view showing a vibration generator according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is a bottom view showing the electromagnetic exciter according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a side view showing a vibration generator according to the second embodiment.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the vibration generator according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a bottom view showing the vibration generator according to the first embodiment.
  • FIG. 1 corresponds to a cross-sectional view taken along line II in FIG. 2.
  • the vibration generator 1 has a piezoelectric first actuator 100, an electromagnetic second actuator 200, and a support member 300 that supports the first actuator 100 and the second actuator 200.
  • Figure 3 is a cross-sectional view showing the first actuator.
  • the first actuator 100 has piezoelectric elements 11 and 12, intermediate members 21 and 22, and a housing 90.
  • the housing 90 has a cylindrical body 50 and fastening members 110 and 120.
  • Figure 4 is a cross-sectional view showing the cylindrical body 50.
  • the cylindrical body 50 has a through-hole 60 extending along the Z-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 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.
  • Piezoelectric elements 11 and 12 are provided within center portion 61. Piezoelectric element 11 is provided on the +Z side of piezoelectric element 12. Intermediate member 21 is provided within end portion 62 on the +Z side of piezoelectric element 11. Intermediate member 22 is provided within end portion 63 on the -Z side of piezoelectric element 12.
  • the intermediate member 21, piezoelectric element 11, piezoelectric element 12, and intermediate member 22 are aligned in this order along the Z-axis.
  • the intermediate member 21, piezoelectric element 11, piezoelectric element 12, and intermediate member 22 are separated from the inner surface of the through-hole 60 and do not contact the inner surface.
  • the Z-axis is an example of the first axis.
  • FIG. 5A and 5B are cross-sectional views showing fastening members.
  • Fig. 5A shows fastening member 110
  • Fig. 5B shows fastening member 120.
  • fastening member 110 has a head 111 and a threaded portion 112.
  • the cross-sectional shape of head 111 perpendicular to the Z axis is approximately circular.
  • a thread 113 that forms a male screw is formed on the outer surface of threaded portion 112.
  • the thread 113 fits into thread 64 of end portion 62.
  • fastening member 120 has a head 121 and a threaded portion 122.
  • the cross-sectional shape of head 121 perpendicular to the Z axis is approximately circular.
  • a thread 123 that forms a male screw is formed on the outer surface of threaded portion 122.
  • the thread 123 fits into thread 65 of end portion 63.
  • the material of the cylindrical body 50 and the fastening members 110 and 120 is, for example, metal or resin.
  • the Young's modulus of each of the intermediate members 21 and 22 is greater than the Young's modulus of each of the piezoelectric elements 11 and 12, the cylindrical body 50, and the fastening members 110 and 120.
  • the material of the intermediate members 21 and 22 is, for example, stainless steel, aluminum, or an aluminum alloy.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing the piezoelectric elements.
  • Figure 6 shows piezoelectric element 11.
  • Piezoelectric element 12 has the same configuration as piezoelectric element 11.
  • 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.
  • a first external electrode 33 is provided on the -X side of the piezoelectric body 30, and a second external electrode 35 is provided on the +X side of the piezoelectric body 30.
  • the multiple first electrodes 32 are electrically connected to the first external electrode 33.
  • the multiple second electrodes 34 are electrically connected to the second external electrode 35.
  • 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 lateral displacement mode is a mode in which the vibration direction of the piezoelectric elements 11 and 12 is perpendicular to the stacking direction of the first electrode 32 and the second electrode 34.
  • the resonant frequency does not change much depending on whether or not the piezoelectric elements 11 and 12 are pressed. This is thought to be due to the presence of intermediate members 21 and 22.
  • the piezoelectric elements 11 and 12 can expand and contract along the Z axis, and the cylindrical body 50 and the fastening members 110 and 120 can press the piezoelectric elements 11 and 12 along the Z axis.
  • This improves the Q value of the mechanical vibration of the housing 90.
  • the fastening member 120 vibrates as a first oscillator that imparts a first vibration to the object 10.
  • the fastening member 120 has a first surface 125 that faces the object 10.
  • the first actuator 100 is detachable from the object 10.
  • FIG 7 is a perspective view showing the second actuator.
  • the second actuator 200 has a drive unit 210 and a vibrator 220.
  • the drive unit 210 and the vibrator 220 have an approximately circular shape in a plan view perpendicular to the XY plane.
  • the drive unit 210 has a magnet and a coil, and vibrates the vibrator 220.
  • the vibrator 220 vibrates as a second vibrator that imparts a second vibration to the object 10.
  • the vibrator 220 has a second surface 225 that faces the object 10.
  • the second actuator 200 is detachable from the object 10.
  • the support member 300 has an upper surface 301 and a lower surface 302 parallel to the XY plane.
  • a through-hole 311 extending parallel to the Z-axis is formed in the support member 300, and the first actuator 100 is attached within the through-hole 311.
  • the structure of the first actuator 100 is simplified.
  • the head 111 of the fastening member 110 is located on the +Z side of the upper surface 301, and the head 121 of the fastening member 120 is located on the -Z side of the lower surface 302.
  • a recess 312 is formed in the lower surface 302, and the second actuator 200 is attached within the recess 312.
  • the drive unit 210 is fixed to the bottom surface of the recess 312.
  • the first surface 125 of the fastening member 120 serving as the first vibrator and the second surface 225 of the vibrator 220 serving as the second vibrator are preferably parallel to each other, and more preferably flush with each other.
  • the material of the support member 300 is, for example, polyacetal resin.
  • the vibration generator 1 is removably fixed to the object 10 so that the first surface 125 and the second surface 225 are in contact with the object 10.
  • the object 10 is, for example, a plate material.
  • the object 10 may have a honeycomb structure.
  • the material of the object 10 is, for example, glass, acrylic resin, wood, metal, plaster, etc. Examples of metals that are used include brass and stainless steel.
  • the first piezoelectric actuator 100 applies a first vibration to the object 10
  • the object 10 vibrates the air, emitting a particularly strong high-frequency sound, for example, of approximately 1 kHz to 20 kHz.
  • the second electromagnetic actuator 200 applies a second vibration to the object 10
  • the object 10 vibrates the air, emitting a particularly strong low- to mid-frequency sound, for example, of approximately 10 Hz to 8 kHz.
  • the vibration generator 1 can generate strong sounds across a wide frequency band of approximately 10 Hz to 20 kHz through the object 10. Furthermore, the first actuator 100 and second actuator 200 are detachable from the object 10 that directly vibrates the air, and the vibration generator 1 does not need to be equipped with the object 10. As a result, the vibration generator 1 can generate strong sounds across a wide frequency band and can also be made more portable.
  • first surface 125 and the second surface 225 do not need to be in direct contact with the object 10.
  • an adhesive sheet or the like with good vibration transmission properties may be provided between the first surface 125 and the second surface 225 and the object 10.
  • Fig. 8 is a top view showing the vibration generator according to the second embodiment.
  • Fig. 9 is a bottom view showing the vibration generator according to the second embodiment.
  • Fig. 10 is a side view showing the vibration generator according to the second embodiment.
  • the vibration generator 2 has two piezoelectric first actuators 100, a second electromagnetic actuator 200, and a support member 300 that supports the first actuators 100 and the second actuators 200.
  • the support member 300 has a rounded equilateral triangular shape in a plan view perpendicular to the XY plane.
  • Through holes 311 are formed near the two vertices of the support member 300, and a first actuator 100 is attached to each of the through holes 311.
  • a recess 312 is formed in the bottom surface 302, and a second actuator 200 is attached in the recess 312.
  • a recess 313 is formed in the top surface 301.
  • the recess 313 is connected to the recess 312. In a plan view perpendicular to the XY plane, the recess 313 is located inside the recess 312.
  • the drive unit 210 is exposed from the recess 313.
  • a leg member 320 is provided on the underside 302 near the remaining vertex of the support member 300.
  • the leg member 320 has a third surface 325 facing the object 10.
  • the leg member 320 is detachable from the object 10.
  • the first surface 125 of the clamping member 120 serving as the first vibrator of the two first actuators 100, the second surface 225 of the vibrator 220 serving as the second vibrator, and the third surface 325 of the leg member 320 are preferably parallel to each other, and more preferably flush with each other.
  • vibration generator 2 The other configurations of vibration generator 2 are the same as those of vibration generator 1.
  • the vibration generator 2 can also generate strong sounds over a wide frequency range, while also improving portability. Furthermore, the posture of the vibration generator 2 is determined by the two fastening members 120 and the leg members 320. Therefore, it is easier to stabilize the posture than the vibration generator 1.
  • recess 313 is connected to recess 312 and drive unit 210 is exposed from recess 313, a decorative item that bounces up due to vibrations may be placed inside recess 313. In this case, the user can enjoy the operation of vibration generator 2 not only through their hearing but also their sight.
  • the circuit may be configured so that one of the two first actuators 100 applies a first vibration to the object 10, and the other functions as a piezoelectric pressure sensor that detects external vibrations through the piezoelectric effect.
  • the other first actuator 100 can be used as an input switch or a sound detection sensor.
  • the first actuator has a first vibrator having a first surface facing the object;
  • the first actuator has one or more piezoelectric elements;
  • the piezoelectric element is a piezoelectric layer; a first electrode and a second electrode sandwiching the piezoelectric layer along a first axis perpendicular to the first surface; and
  • the vibration generating device according to any one of ⁇ 2> to ⁇ 4>, wherein the piezoelectric layer expands and contracts along the first axis by applying a voltage between the first electrode and the second electrode.
  • ⁇ 6> The vibration generator according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 5>, wherein a plurality of the first actuators are supported by the support member.
  • ⁇ 7> The vibration generator according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 6>, further comprising a piezoelectric pressure sensor supported by the support member.
  • Reference Signs 1 and 2 Vibration Generator 10: Objects 11 and 12: Piezoelectric Element 90: Housing 100: First Actuator 110 and 120: Fastening Members 111 and 121: Head 125: First Surface 200: Second Actuator 210: Driving Unit 220: Vibrator 225: Second Surface 300: Support Member 301: Upper Surface 302: Lower Surface 311: Through Holes 312 and 313: Recess 320: Leg Member 325: Third Surface

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Abstract

振動発生装置は、物体に第１振動を付与する圧電式の第１アクチュエータと、前記物体に第２振動を付与する電磁式の第２アクチュエータと、前記第１アクチュエータ及び前記第２アクチュエータを支持する支持部材と、を有し、前記第１アクチュエータ及び前記第２アクチュエータは、前記物体に対して着脱可能である。

Description

振動発生装置
　本開示は、振動発生装置に関する。
　圧電素子を用いて振動板を振動させ、コイル及び磁石を用いて他の振動板を振動させるスピーカ等の振動発生装置が知られている。
日本国特許第６５７８５５４号公報 日本国特開２００１－２３８２８５号公報 日本国特許第３８０９９１７号公報 日本国特開２００６－３１９６２６号公報 日本国特許第６１９５８６９号公報
　近年、様々な場所で音楽等を再生させること等を可能にするために、振動発生装置の可搬性の向上の要請が高まっている。
　本開示は、可搬性を向上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、物体に第１振動を付与する圧電式の第１アクチュエータと、前記物体に第２振動を付与する電磁式の第２アクチュエータと、前記第１アクチュエータ及び前記第２アクチュエータを支持する支持部材と、を有し、前記第１アクチュエータ及び前記第２アクチュエータは、前記物体に対して着脱可能である。
　本開示によれば、可搬性を向上することができる。
図１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、第１実施形態に係る振動発生装置を示す下面図である。 図３は、第１アクチュエータを示す断面図である。 図４は、筒体を示す断面図である。 図５Ａは、締付部材を示す断面図である。 図５Ｂは、締付部材を示す断面図である。 図６は、圧電素子を示す断面図である。 図７は、第２アクチュエータを示す斜視図である。 図８は、第２実施形態に係る振動発生装置を示す上面図である。 図９は、第２実施形態に係る振動発生装置を示す下面図である。 図１０は、第２実施形態に係る振動発生装置を示す側面図である。
　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）
　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断面図である。図２は、第１実施形態に係る振動発生装置を示す下面図である。図１は、図２中のＩ－Ｉ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、圧電式の第１アクチュエータ１００と、電磁式の第２アクチュエータ２００と、第１アクチュエータ１００及び第２アクチュエータ２００を支持する支持部材３００とを有する。
　図３は、第１アクチュエータを示す断面図である。図３に示すように、第１アクチュエータ１００は、圧電素子１１及び１２と、中間部材２１及び２２と、筐体９０とを有する。筐体９０は、筒体５０と、締付部材１１０及び１２０とを有する。
　図４は、筒体５０を示す断面図である。図４に示すように、筒体５０には、Ｚ軸に沿って延びる貫通孔６０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。
　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。
　圧電素子１１及び１２は中心部６１内に設けられている。圧電素子１１は圧電素子１２の＋Ｚ側に設けられている。中間部材２１は圧電素子１１の＋Ｚ側で端部６２内に設けられている。中間部材２２は圧電素子１２の－Ｚ側で端部６３内に設けられている。
　このように、貫通孔６０内において、中間部材２１、圧電素子１１、圧電素子１２及び中間部材２２がこの順でＺ軸に沿って並んでいる。例えば、中間部材２１、圧電素子１１、圧電素子１２及び中間部材２２は貫通孔６０の内側面から離れ、内側面に接していない。Ｚ軸は第１軸の一例である。
　図５Ａ及び図５Ｂは、締付部材を示す断面図である。図５Ａには締付部材１１０を示し、図５Ｂには締付部材１２０を示す。図５Ａ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５Ｂ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が中間部材２１を－Ｚ側に押圧し、締付部材１２０が中間部材２２を＋Ｚ側に押圧する。この結果、圧電素子１１及び１２にＺ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及び１２０の材料は、例えば金属又は樹脂である。中間部材２１及び２２の各々のヤング率は、圧電素子１１及び１２、筒体５０並びに締付部材１１０及び１２０の各々のヤング率よりも大きい。中間部材２１及び２２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及び１２について説明する。図６は、圧電素子を示す断面図である。図６には圧電素子１１を示す。圧電素子１２は圧電素子１１と同じ構成を有する。
　図６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。
　筒体５０、締付部材１１０及び締付部材１２０が圧電素子１１及び１２をＺ軸に沿って押圧することで、圧電素子１１及び１２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及び１２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及び１２の振動方向が直交するモードである。圧電素子１１及び１２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、中間部材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及び１２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１２０により圧電素子１１及び１２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。例えば、圧電素子１１及び１２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。より具体的には、締付部材１２０が、物体１０に第１振動を付与する第１振動子として振動する。締付部材１２０は、物体１０に対向する第１面１２５を有する。第１アクチュエータ１００は物体１０に対して着脱可能である。
　図７は、第２アクチュエータを示す斜視図である。図７に示すように、第２アクチュエータ２００は、駆動部２１０と、振動子２２０とを有する。駆動部２１０及び振動子２２０は、ＸＹ面に垂直な平面視で、略円形状の形状を有する。駆動部２１０は、磁石と、コイルとを有し、振動子２２０を振動させる。振動子２２０は、物体１０に第２振動を付与する第２振動子として振動する。振動子２２０は、物体１０に対向する第２面２２５を有する。第２アクチュエータ２００は物体１０に対して着脱可能である。
　図１に示すように、支持部材３００はＸＹ面に平行な上面３０１及び下面３０２を有する。支持部材３００にはＺ軸に平行に延びる貫通孔３１１が形成されており、第１アクチュエータ１００が貫通孔３１１内に取り付けられている。図１では、第１アクチュエータ１００の構造を簡略化している。締付部材１１０の頭部１１１は上面３０１よりも＋Ｚ側にあり、締付部材１２０の頭部１２１は下面３０２よりも－Ｚ側にある。下面３０２に凹部３１２が形成されており、第２アクチュエータ２００が凹部３１２内に取り付けられている。凹部３１２の底面に駆動部２１０が固定されている。第１振動子としての締付部材１２０の第１面１２５及び第２振動子としての振動子２２０の第２面２２５は互いに平行であることが好ましく、互いに面一であることがより好ましい。支持部材３００の材料は、例えばポリアセタール樹脂である。
　振動発生装置１は、図１に示すように、第１面１２５及び第２面２２５が物体１０に接触するようにして、物体１０に着脱可能に固定されて使用される。物体１０は、例えば板材である。物体１０がハニカム構造を有していてもよい。物体１０の材料は、例えばガラス、アクリル樹脂、木材、金属、石膏等である。金属としては、例えば真鍮及びステンレス鋼が用いられる。圧電式の第１アクチュエータ１００が物体１０に第１振動を付与すると、物体１０が空気を振動させ、例えば１ｋＨｚ～２０ｋＨｚ程度の高音域の音が特に強く発せられる。また、電磁式の第２アクチュエータ２００が物体１０に第２振動を付与すると、物体１０が空気を振動させ、例えば１０Ｈｚ～８ｋＨｚ程度の低音域から中音域の音が特に強く発せられる。
　従って、振動発生装置１によれば、物体１０を通じて１０Ｈｚ～２０ｋＨｚ程度の広い帯域において強い音を発生させることができる。また、第１アクチュエータ１００及び第２アクチュエータ２００は空気を直接振動させる物体１０に着脱可能であり、振動発生装置１が物体１０を備える必要はない。このため、振動発生装置１によれば、広い帯域において強い音を発生させることができるとともに、可搬性を向上することができる。
　なお、第１面１２５及び第２面２２５は物体１０に直接接触する必要はない。例えば、振動の伝達性が良好な接着シート等が第１面１２５及び第２面２２５と物体１０との間に設けられてもよい。
　（第２実施形態）
　第２実施形態について説明する。第２実施形態は振動発生装置に関する。図８は、第２実施形態に係る振動発生装置を示す上面図である。図９は、第２実施形態に係る振動発生装置を示す下面図である。図１０は、第２実施形態に係る振動発生装置を示す側面図である。
　図８～図１０に示すように、第２実施形態に係る振動発生装置２は、２個の圧電式の第１アクチュエータ１００と、電磁式の第２アクチュエータ２００と、第１アクチュエータ１００及び第２アクチュエータ２００を支持する支持部材３００とを有する。
　振動発生装置２において、支持部材３００は、ＸＹ面に垂直な平面視で、角丸正三角形状の形状を有する。支持部材３００の２個の頂点の近傍に貫通孔３１１が形成されており、貫通孔３１１内に１個ずつ第１アクチュエータ１００が取り付けられている。下面３０２に凹部３１２が形成されており、第２アクチュエータ２００が凹部３１２内に取り付けられている。振動発生装置２では、上面３０１に凹部３１３が形成されている。凹部３１３は凹部３１２に連通する。ＸＹ面に垂直な平面視で、凹部３１３は凹部３１２の内側にある。凹部３１３から駆動部２１０が露出する。
　支持部材３００の残りの１個の頂点の近傍において下面３０２に脚部材３２０が設けられている。脚部材３２０は物体１０に対向する第３面３２５を有する。脚部材３２０は物体１０に対して着脱可能である。
　２個の第１アクチュエータ１００の第１振動子としての締付部材１２０の第１面１２５、第２振動子としての振動子２２０の第２面２２５及び脚部材３２０の第３面３２５は互いに平行であることが好ましく、互いに面一であることがより好ましい。
　振動発生装置２の他の構成は振動発生装置１と同様である。
　振動発生装置２によっても、広い帯域において強い音を発生させることができるとともに、可搬性を向上することができる。また、振動発生装置２では、２個の締付部材１２０と、脚部材３２０とにより姿勢が決定される。このため、振動発生装置１よりも姿勢を安定させやすい。
　凹部３１３が凹部３１２に連通し、凹部３１３から駆動部２１０が露出するため、凹部３１３内に振動により跳ね上がる装飾品を設けてもよい。この場合、使用者は聴覚だけでなく視覚を通じて振動発生装置２の動作を楽しむことができる。
　なお、２個の第１アクチュエータ１００の一方が物体１０に第１振動を付与し、他方を外部からの振動を圧電効果により検出する圧電式の圧力センサとして機能するように回路を構成してもよい。この場合、他方の第１アクチュエータ１００を入力スイッチとして使用したり、音感知センサとして使用したりできる。
　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６月２８日に日本国特許庁に出願した特願２０２４－１０４５１５号に基づく優先権を主張するものであり、特願２０２４－１０４５１５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＞
　物体に第１振動を付与する圧電式の第１アクチュエータと、
　前記物体に第２振動を付与する電磁式の第２アクチュエータと、
　前記第１アクチュエータ及び前記第２アクチュエータを支持する支持部材と、
　を有し、
　前記第１アクチュエータ及び前記第２アクチュエータは、前記物体に対して着脱可能である、振動発生装置。
　＜２＞
　前記第１アクチュエータは、前記物体に対向する第１面を備えた第１振動子を有し、
　前記第２アクチュエータは、前記物体に対向する第２面を備えた第２振動子を有する、＜１＞に記載の振動発生装置。
　＜３＞
　前記第１面と前記第２面とが互いに平行である、＜２＞に記載の振動発生装置。
　＜４＞
　前記第１面と前記第２面とが面一である、＜２＞に記載の振動発生装置。
　＜５＞
　前記第１アクチュエータは、１又は２以上の圧電素子を有し、
　前記圧電素子は、
　圧電体層と、
　前記第１面に垂直な第１軸に沿って前記圧電体層を挟む第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圧電体層が前記第１軸に沿って伸縮する、＜２＞乃至＜４＞のいずれかに記載の振動発生装置。
　＜６＞
　前記支持部材に複数の前記第１アクチュエータが支持されている、＜１＞乃至＜５＞のいずれかに記載の振動発生装置。
　＜７＞
　前記支持部材に支持された圧電式の圧力センサを有する、＜１＞乃至＜６＞のいずれかに記載の振動発生装置。
１、２：振動発生装置
１０：物体
１１、１２：圧電素子
９０：筐体
１００：第１アクチュエータ
１１０、１２０：締付部材
１１１、１２１：頭部
１２５：第１面
２００：第２アクチュエータ
２１０：駆動部
２２０：振動子
２２５：第２面
３００：支持部材
３０１：上面
３０２：下面
３１１：貫通孔
３１２、３１３：凹部
３２０：脚部材
３２５：第３面

Claims (7)

  1. 　物体に第１振動を付与する圧電式の第１アクチュエータと、
    　前記物体に第２振動を付与する電磁式の第２アクチュエータと、
    　前記第１アクチュエータ及び前記第２アクチュエータを支持する支持部材と、
    　を有し、
    　前記第１アクチュエータ及び前記第２アクチュエータは、前記物体に対して着脱可能である、振動発生装置。
  2. 　前記第１アクチュエータは、前記物体に対向する第１面を備えた第１振動子を有し、
    　前記第２アクチュエータは、前記物体に対向する第２面を備えた第２振動子を有する、請求項１に記載の振動発生装置。
  3. 　前記第１面と前記第２面とが互いに平行である、請求項２に記載の振動発生装置。
  4. 　前記第１面と前記第２面とが面一である、請求項２に記載の振動発生装置。
  5. 　前記第１アクチュエータは、１又は２以上の圧電素子を有し、
    　前記圧電素子は、
    　圧電体層と、
    　前記第１面に垂直な第１軸に沿って前記圧電体層を挟む第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圧電体層が前記第１軸に沿って伸縮する、請求項２乃至４のいずれか１項に記載の振動発生装置。
  6. 　前記支持部材に複数の前記第１アクチュエータが支持されている、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の振動発生装置。
  7. 　前記支持部材に支持された圧電式の圧力センサを有する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の振動発生装置。
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