(57)【要約】  本発明は、携帯電子機器に搭載可能な小型薄型でかつ低消費電力で動作する圧電アクチュエータと、これを用いて手のひらに振動伝達することにより、使用者に３次元的に動作する触感を与える機能を兼ね備えた電子機器を提供することを目的とする。圧電アクチュエータ１は、シム材６の少なくとも片面に貼着された薄板状圧電セラミックス５を有する圧電セラミックス振動子と、シム材６を保持する少なくとも一つのホルダ７と、さらにシート状弾性体２とを含み、圧電セラミックス振動子から発生した振動をホルダ７とシート状弾性体２を介して電子機器の筐体３に伝達させることを特徴とする（図１）。
2008146678.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シム材と、該シム材の少なくとも片面に貼着された薄板状圧電セラミックスからなる少なくとも一つの圧電セラミックス振動子と、該シム材を保持する少なくとも一つのホルダとを有する圧電アクチュエータであって、
該ホルダと接合されるシート状弾性体をさらに含み、該圧電セラミックス振動子の振動を該ホルダと該シート状弾性体を介して電子機器の筐体に伝達させることを特徴とする、圧電アクチュエータ。
【請求項２】
前記ホルダから離れた位置で、前記圧電セラミックス振動子と前記シート状弾性体との間に接合される少なくとも一つの補助ホルダをさらに含み、前記圧電セラミックス振動子の振動を前記ホルダと該補助ホルダと前記シート状弾性体を介して前記筐体に伝達させることを特徴とする、請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】
前記ホルダから離れた位置で、前記シム材と前記シート状弾性体との間に接合される少なくとも一つの補助ホルダをさらに含み、前記圧電セラミックス振動子の振動を前記ホルダと該補助ホルダと前記シート状弾性体を介して前記筐体に伝達させることを特徴とする、請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項４】
複数の前記圧電セラミックス振動子を含む前記シム材の、隣り合う前記圧電セラミックス振動子の間に、くびれ部が形成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項５】
複数の前記圧電セラミックス振動子が前記ホルダ及び前記補助ホルダを介して前記シート状弾性体に接合されており、隣り合う前記圧電セラミックス振動子の間の前記シート状弾性体の部分には溝が設けられていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項６】
複数の前記圧電セラミックス振動子が前記ホルダ、前記補助ホルダ及び前記シート状弾性体を介して前記筐体に接合されており、前記圧電セラミックス振動子が接合された前記筐体の外側表面部分が互いに溝で区切られていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項７】
前記圧電セラミックス振動子と前記筐体との間を、シート状弾性体を介し、屈曲した部分を少なくとも１箇所有するメタルヒンジで接合したことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項８】
前記圧電セラミックス振動子が接合される部分の前記筐体に貫通孔を設け、該貫通孔を弾性体で充填したことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項９】
前記圧電セラミックス振動子は、100Hz〜1kHzの周波数で、パルス状又は正弦波状の交流電界を印加して駆動することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータを複数の振動源として搭載し、筐体を複数の立体的パターンで振動させることにより、使用者に種々の情報を伝達する機能を有することを特徴とする電子機器。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータを複数の振動源として搭載し、筐体を立体的に振動させることを特徴とする電子機器。
【請求項１２】
前記筐体に、溝又は厚みの異なる部分を持つことを特徴とする、請求項１１に記載の電子機器。
【請求項１３】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータを搭載し、筐体に生じる振動を該圧電アクチュエータにより電圧に変換する機能を有することを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願についての記載）
本願は、先の日本特許出願２００７−１３６９８７号（２００７年５月２３日出願）の優先権を主張するものであり、前記先の出願の全記載内容は、本書に引用をもって繰込み記載されているものとみなされる。
本発明は、圧電アクチュエータ及び圧電アクチュエータを備えた携帯型電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、携帯電話機、ノート型パーソナルコンピュータ、個人情報端末（ＰＤＡ）などの小型携帯機器が盛んに利用されるようになった。これらの機器は、ネットワークシステムやソフトウエアの進展とともに、その応用に広がりを見せ、利用者の利便性が高まっている。これにより場所を選ばず、振動や音波を利用し情報伝達を正確に行う高機能デバイスの要求が高まっており、バイブレータ、振動センサ、タッチセンサなどの振動部品や、スピーカー、マイクロホン、レシーバーなどの音響部品の品質向上が期待されている。さらに、バイブレータに着目すると、小型軽量・低消費化といった特性面の改善とともに、その使用用途の拡大がある。【０００３】
バイブレータを小型化、省電力化する取り組みとしては、従来の電磁型アクチュエータに代わる駆動源の開発が進められている。すなわち、永久磁石とボイスコイルから構成される電磁型アクチュエータにおいては、動作時にボイスコイルへ多くの電流を流すため省電力性に乏しく、また、構造上の問題点として小型薄型化も困難であるため、携帯電話など携帯電子機器への搭載は不向きである。このため、小型軽量、低消費電力の特徴を有する圧電型アクチュエータを駆動源に用いたバイブレータの開発が進められている。【０００４】
一方、バイブレータの用途については、電話の着信と連動した振動により、ユーザに着信を報知させるといった従来の使用方法に加えて、振動により、皮膚や手のひらに機械的な刺激をあたえ、触感によりユーザに立体感や親近感をもった情報を伝達する手段として期待されている。【０００５】
ところで、従来の携帯電話や個人情報端末、ゲーム機器などの携帯用電子機器（以下携帯機器と称する）においては、ユーザに情報を伝達する手段として、ディスプレイによる視覚を通した方法や、スピーカーなどの音響部品による聴覚を通した方法、またバイブレータ（アクチュエータ）による触感を通した方法が使用されてきている。特に、触感を通した情報伝達方法については、視覚や聴覚を相互に作用させた手法が開発されている。その例として、画面表示に連動させてアクチュエータから振動を発生させる使い方があり、触感と視覚の融合により、親近感や立体感を高める効果があることが知られている。また、画面上に現れる人物、動物、乗り物など対象物の動作に合わせて振動が発生する、臨場感を高めたゲーム機器などが実用化されている。【０００６】
このように、触感による情報伝達を適用した電子機器開発例として、特許文献１には、ビデオゲーム等で画面に表示される動作に対応して、プレーヤーに触感を伝えることができる触感発生器が開示されている。また、振動部品に圧電アクチュエータを利用した開発例として、特許文献２には、電子機器筐体に複数個の圧電アクチュエータを配置して、これらアクチュエータから発生させた筐体振動により、情報を利用者に伝達する技術が開示されている。また、特許文献３には、ポケットベル等に圧電セラミックス振動子を内蔵して、聴感と触感により、ユーザに着信を報知させる振動型報知装置が開示されている。【０００７】
【特許文献１】特表平１０−５０６０３３号公報
【特許文献２】実用新案登録第３０８５４８１号公報
【特許文献３】特開平１１−６５５６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上の特許文献１〜３の開示事項は、本書に引用をもって繰り込み記載されているものとする。以下に本発明による関連技術の分析を与える。
特許文献１の触感発生器では、可撓性パッド上に複数個のアクチュエータを並列に配置した構造であるため、上下方向を加えた三次元的に触感を表現するまでには至っていない。また、騒音の防止や、小型化、薄型化、電池駆動による低消費電力などの技術について考慮されていない。また、振動伝達ブロックが可撓性パッドから飛び出した構造であるが、携帯用の電子機器でこのように筐体表面からいくつも突起の出た構造を付与することは、機器を保持する際にユーザに違和感をあたえ、ひいてはデザイン性を損なわせる。【０００９】
特許文献２は、電子機器筐体内部、もしくはタッチパット内に配置した複数の圧電アクチュエータを各々独立して駆動させることで、筐体面内、もしくはタッチパット面内での振動の強弱を利用して局所化させた効果を利用するものである。この構成のように、複数のアクチュエータを携帯機器のような狭い筐体に配置して駆動する場合、一つのアクチュエータから発生した振動が、所望以外の部位に伝播する現象、すなわちクロストークが発生する。しかしながら、特許文献２では、振動のクロストークを防ぐ構造に関する記載がなされていない。【００１０】
また、特許文献３では、シム材で拘束された圧電セラミック素子を筐体内部に配置することで、筐体に大きな振動を発生させることを目的にしている。しかしながら、この技術を電子機器に組み込んで使用する際に解決すべき課題である、アクチュエータ動作時の異音や、耐落下衝撃安定性に関する記載がない。特に、耐落下衝撃安定性については、脆性材料であるセラミックを用いているため、携帯電子機器へ搭載する場合は、特に考慮する必要がある。【００１１】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、その目的の１つは、振動を効果的に相互伝達させる圧電アクチュエータを提供することである。また、手のひらに振動伝達することにより、ユーザに三次元的に動作する触感を与える機能を兼ね備えた電子機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の視点によれば、シム材と、シム材の少なくとも片面に貼着された薄板状圧電セラミックスからなる少なくとも一つの圧電セラミックス振動子と、該シム材を保持する少なくとも一つのホルダとを有する圧電アクチュエータが提供され、ホルダと接合されるシート状弾性体をさらに含み、圧電セラミックス振動子の振動をホルダとシート状弾性体を介して電子機器の筐体に伝達させることを特徴とする。【００１３】
本発明の第２の視点によれば、前記ホルダから離れた位置で、前記圧電セラミックス振動子と前記シート状弾性体との間に接合される少なくとも一つの補助ホルダをさらに含み、前記圧電セラミックス振動子の振動を前記ホルダと該補助ホルダと前記シート状弾性体を介して前記筐体に伝達させることが好ましい。【００１４】
本発明の第３の視点によれば、前記ホルダから離れた位置で、前記シム材と前記シート状弾性体との間に接合される少なくとも一つの補助ホルダをさらに含み、前記圧電セラミックス振動子の振動を前記ホルダと該補助ホルダと前記シート状弾性体を介して前記筐体に伝達させることが好ましい。【００１５】
本発明の第４の視点によれば、複数の前記圧電セラミックス振動子を含む前記シム材の、隣り合う前記圧電セラミックス振動子の間に、くびれ部が形成されていることが好ましい。【００１６】
本発明の第５の視点によれば、複数の前記圧電セラミックス振動子が前記ホルダ及び前記補助ホルダを介して前記シート状弾性体に接合されており、隣り合う前記圧電セラミックス振動子の間の前記シート状弾性体の部分には溝が設けられていることが好ましい。【００１７】
本発明の第６の視点によれば、複数の前記圧電セラミックス振動子が前記ホルダ、前記補助ホルダ及び前記シート状弾性体を介して前記筐体に接合されており、前記圧電セラミックス振動子が接合された前記筐体の外側表面部分が互いに溝で区切られていることが好ましい。【００１８】
本発明の第７の視点によれば、前記圧電セラミックス振動子と前記筐体との間を、シート状弾性体を介し、屈曲した部分を少なくとも１箇所有するメタルヒンジで接合することが好ましい。屈曲した部分を設けることにより、振動伝達を高めることができる。Ｕ字形状の屈曲部が特に効果的である。【００１９】
本発明の第８の視点によれば、前記圧電セラミックス振動子が接合される部分の前記筐体に貫通孔を設け、該貫通孔を弾性体で充填することが好ましい。【００２０】
本発明の第９の視点によれば、前記圧電セラミックス振動子は、100Hz〜1kHzの周波数で、パルス状又は正弦波状の交流電界を印加して駆動することが好ましい。【００２１】
本発明の第１０の視点によれば、上記各視点の圧電アクチュエータを複数の振動源として搭載し、筐体を複数の立体的パターンで振動させることにより、使用者に種々の情報を伝達する機能を有することを特徴とする電子機器である。【００２２】
本発明の第１１の視点によれば、上記各視点の圧電アクチュエータを複数の振動源として搭載し、筐体を立体的に振動させることを特徴とする電子機器である。【００２３】
本発明の第１２の視点によれば、前記筐体に、溝又は厚みの異なる部分を持つことが好ましい。【００２４】
本発明の第１３の視点によれば、上記各視点の圧電アクチュエータを搭載し、筐体に生じる振動を該圧電アクチュエータにより電圧に変換する機能を有することを特徴とする電子機器である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る圧電アクチュエータは、振動源に剛性が高いことで知られている圧電セラミックスを用いることで、剛性の高い携帯電子機器の筐体を振動させることを可能とし、筐体振動を通じてユーザに情報を伝達することを実現できる。さらに各圧電セラミックス振動子の振動を効果的に分離することができるので、複数の圧電アクチュエータを異なる周波数や強さで振動させることにより、立体的な振動を効果的に伝達できる。また逆に、筐体の振動を効率的に圧電セラミックス振動子に伝達し、電圧を発生させる、タッチパネルや振動センサとしての利用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】（ａ）本発明の実施形態１に係る圧電アクチュエータ２個を配置した斜視図である。（ｂ）本発明の実施形態１に係る圧電アクチュエータの構成を示す斜視図である。
【図２】実施形態１に係る圧電アクチュエータを電子機器の筐体に取り付けた場合の断面図である。
【図３】（ａ）本発明の実施形態２に係る圧電アクチュエータを２個配置した場合の斜視図である。（ｂ）（ａ）を筐体側から見た斜視図である。
【図４】（ａ）本発明の実施形態３に係る圧電アクチュエータの斜視図である。（ｂ）本発明の実施形態３に係る圧電アクチュエータの断面図である。
【図５】本発明の実施形態４に係る電子機器の断面図である。
【図６】（ａ）本発明の実施例１に係る圧電アクチュエータの斜視図である。（ｂ）本発明の実施例１での観測点を示す図である。
【図７】（ａ）本発明の実施例２に係る圧電アクチュエータの斜視図である。（ｂ）本発明の実施例２での観測点を示す図である。
【図８】本発明の実施例３に係る圧電アクチュエータの断面図である。
【図９】本発明の実施例４に係る圧電アクチュエータの断面図である。
【図１０】（ａ）本発明の実施例５に係る圧電アクチュエータの斜視図である。（ｂ）本発明の実施例５での観測点を示す図である。
【図１１】（ａ）本発明の実施形態５及び実施例６に係る圧電アクチュエータの断面図である。（ｂ）振動拡大構造を有する実施形態５及び実施例６に係る圧電アクチュエータの断面図である。
【図１２】圧電アクチュエータを配置した電子機器の例を示す概要図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  圧電アクチュエータ
２  シート状弾性体
２ａ  筐体表面の弾性体
２ｂ  貫通孔内の弾性体
３  筐体
４  電子部品
５  薄板状圧電セラミックス
６  シム材
７  ホルダ
８  補助ホルダ
９  くびれ（切り欠き）
１０  溝
１１  メタルヒンジ
１２  振動拡大構造
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に、説明する各実施形態の構成において、同一の構造部については同一の符号を付して示し、重複する説明は省略する。【００２９】
（実施形態１）
図１（ｂ）は、本発明の実施形態１に係る圧電アクチュエータ１の構成を示す斜視図である。本実施形態１の圧電アクチュエータ１は、シム材６をはさんで２枚の薄板状圧電セラミックス５を貼り付けた圧電セラミックス振動子２個と、シム材６を両端から保持する２つのホルダ７と、圧電セラミックス振動子とシート状弾性体との間に配置される補助ホルダ８を有した構成となっている。図１（ａ）は、このように構成された圧電アクチュエータ１を２個、電子機器の筐体３に、シート状弾性体２を介して取り付けた場合の斜視図である。【００３０】
図２は、図１（ｂ）の圧電アクチュエータ１をシート状弾性体２を介して電子機器の筐体３に取り付けた場合の断面図を示している。【００３１】
図２において、圧電セラミックス振動子は、板状のシム材６の両面に２枚の薄板状圧電セラミックス５が貼り付けられたバイモルフ構造となっている。さらに、２個の独立して振動させることのできる圧電セラミックス振動子が、共通のシム材６の互いに離れた位置に構成されている。すなわち、シム材６の両端部分および中央部分を残すようにして２枚ずつの薄板状圧電セラミックス５を貼り付けて、２個の圧電セラミックス振動子を構成している。ホルダ７には溝が設けられており、この溝にシム材６が挿入され固定されるようになっている。なお、圧電セラミックス振動子としては、シム材６の片面のみに薄板状圧電セラミックス５を貼り付けたユニモルフ構造でもよい。【００３２】
薄板状圧電セラミックス５には、ＰＺＴ系圧電セラミックスや、チタン酸バリウムに代表される非鉛系圧電セラミックス等を用いることが可能であり、圧電特性の観点からＰＺＴ系セラミックスの使用が望ましい。また、圧電セラミックス振動子の共振周波数及びアクチュエータ全体のサイズ、部材コストの観点からは０．０３ｍｍから０．２ｍｍ程度のセラミックス単板が好ましい。ただしこれに限定するものではなく、例えば積層型圧電セラミックスを用いてもよい。【００３３】
補助ホルダ８は、シート状弾性体２と圧電セラミックス振動子の双方に接する大きさに形成されており、その厚みは薄板状圧電セラミックス５、シム材６及びホルダ７の形状・寸法によって決定される。補助ホルダ８は圧電セラミックス振動子およびシート状弾性体２それぞれに固定されており、この固定には例えばエポキシ系接着剤を利用できる。この補助ホルダ８が設けられていることにより、シート状弾性体２への振動伝達経路が増加するため、効率よく振動伝達を行うことができる。【００３４】
補助ホルダ８の材質は、特に限定されるものではないが、ＡＢＳやシリコンゴム、ＰＥＴ、ポリカーボネート樹脂など弾性を有する有機材料から選択できる。【００３５】
補助ホルダ８は、ホルダ７から離れた位置に配置されている。距離を離すことなく補助ホルダ８をホルダ７に密着させて配置させた場合、圧電セラミックス振動子がその根本部分で十分撓まないこととなり、その結果得られる振動量も小さくなる。これに対して本実施形態のように隙間が確保されている場合、隙間において圧電セラミックス振動子が良好に撓むことができ振動量も十分なものになる。なお、補助ホルダ８とホルダ７との距離は特に限定されるものではない。【００３６】
シム材６は、両端部がホルダ７で固定されており、さらに上下面二つずつの薄板状圧電セラミックス５が中央部を残して貼り付けられているが、この中央部が細いくびれ（切り欠き）９（図１では不図示）を有する構造となっていることが望ましい。このようにくびれた構造とすることで、くびれ９の箇所で機械インピーダンスが急激に変化することとなる。このため、二つの圧電セラミックス振動子を個別に駆動させる際に、片方の圧電セラミックス振動子による振動がもう一方の圧電セラミックス振動子に伝わりにくく、不要な振動の伝達を防ぐことができる。【００３７】
シム材６の材質は、特に限定されるものではないが、リン青銅、４２アロイ、ＳＵＳなどの剛性の高い金属材料から選択することが可能である。薄板状圧電セラミックス５が厚い場合は、共振周波数を調整するために、表面に金属膜を形成した樹脂フィルムなどを用いることもできる。【００３８】
本実施形態１の圧電アクチュエータ１を接合する筐体３は、図６（ｂ）に示すように、圧電セラミックス振動子が配置される場所に相当する筐体表面部分を区切る溝１０（又は厚さの異なる部分）が形成された構造を有することが好ましい。このように圧電セラミックス振動子を区切るように溝１０を形成することで、他の領域への不要な振動の伝達を減少させ、圧電セラミックス振動子がシート状弾性体２を介して接合される筐体３表面の溝１０で囲まれた範囲を主に振動させることができる。なお、筐体３に形成する溝１０の幅と深さは特に限定されるものではないが、幅は０．１ｍｍから２ｍｍ程度が望ましく、また溝１０の深さは筐体３の厚みの１０％から９０％程度が望ましい。【００３９】
図１（ａ）では例として２個の圧電アクチュエータ１がシート状弾性体２を介して筐体３に接合されているが、限定するものではなく、２個以上の圧電アクチュエータ１が筐体３の複数個所に配置されていてもよく、使用者の手のひらや指が当たる場所に配置されていることが望ましい。【００４０】
図１（ａ）に示すように、圧電セラミックス振動子が接合するシート状弾性体２は、圧電セラミックス振動子の間の部分に溝１０が入った構造とすることが好ましい。これは、圧電セラミックス振動子で発生した振動が他の圧電セラミックス振動子や電子部品に不要な振動として伝達されるのを防止するためである。なお、シート状弾性体２に形成する溝１０の幅と厚みは特に限定されるものではないが、幅は０．１ｍｍから２ｍｍ程度が望ましく、溝１０の深さはシート状弾性体２の厚みの１０％から９０％が望ましい。また、シート状弾性体２の材質は特に限定されるものではないが、シリコンゴムやブチルゴムなどの有機材料などを選択することができる。【００４１】
圧電アクチュエータ１はシート状弾性体２を介して筐体３に接合されているが、回路基板やＬＳＩなどの他の電子部品とは接触しないように配置される。これは、圧電アクチュエータ１により発生した振動が電子部品に直接伝わってしまうと誤動作や異音、騒音の原因となるからである。圧電アクチュエータ１の筐体３への接合は、例えば接着剤が使用可能である。【００４２】
次に、上記のように構成された本実施形態１の圧電アクチュエータ１の動作について、図２を参照して説明する。本実施形態１の構成では、圧電セラミックス振動子の振動がホルダ７および補助ホルダ８を介してシート状弾性体２に伝達され、さらに筐体３に伝達される（振動の伝達を矢印で図示）。補助ホルダ８を用いずに圧電アクチュエータ１を構成することも可能であるが、ホルダ７および補助ホルダ８両方を加振点とすることで振動の伝達経路が増加し、振動の伝達効率が向上するため補助ホルダ８の使用が望ましい。また、圧電アクチュエータ１は、電子機器（携帯電話）を手で持ったときに手のひらや指が接する箇所に配置することが好ましい。特に限定するものではないが、図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示す配置が好ましい。【００４３】
また本実施形態１の圧電アクチュエータ１は、前述したように１枚のシム材６に２個の圧電セラミックス振動子が組み込まれている。これは、圧電セラミックス振動子１個では作り出すことのできない振動を作り出すことが可能となるからである。例えば、２個の圧電セラミックス振動子を同位相で振動させるほかに、位相が互いに反転した逆相での振動や、任意の位相だけずれた振動を組み合わせることで、従来課題であった立体的な表現力が向上する。さらに、図１（ａ）のように２個以上の圧電セラミックス振動子を電子機器に適用した場合、圧電セラミックス振動子の駆動電圧、駆動波形、位相、周波数を様々に組み合わせることで、より立体感のある三次元的な複数の振動を実現でき、これにより電子機器の使用者に種々の情報伝達をすることが可能になる。【００４４】
圧電セラミックス振動子の駆動電源としては特に限定されないが、周波数１００Ｈｚ〜１ＫＨｚ、実効電圧１０ｖのパルス状又は正弦波状の交流電界が考えられる。【００４５】
本発明は、実施形態１の構成に限らず、他にも種々変更可能である。以下、これについて幾つかの実施形態を例に挙げて説明する。また、当然ながら、各実施形態に示す、圧電セラミックス振動子の構造、筐体の溝の有無、シート状弾性体の溝の有無など、種々の構造を適宜組み合わせることも可能である。【００４６】
（実施形態２）
補助ホルダ８の配置は上記に説明したものに限らず、図３（ａ）に示すような配置であってもよい。図３（ａ）は、本発明の実施形態２に係る圧電アクチュエータ１を２個配置した場合の斜視図である。本実施形態２の補助ホルダ８は、薄板状圧電セラミックス５とシート状弾性体２との間ではなく、薄板状圧電セラミックス５が貼り付けられていないシム材６の中央部付近に配置されている。このような構成とした場合、２個の圧電セラミックス振動子の振動を、シム材６の中央部をシート状弾性体２への加振点として効率よく伝達することができる。なお、補助ホルダ８を圧電セラミックス振動子２個につき１つとしたことにより、シート状弾性体２及び筐体３の溝１０は、図１（ａ）と異なり各補助ホルダ８の間にのみ配置されている。図３（ｂ）は、図３（ａ）を筐体側から見た斜視図である。【００４７】
立体感のある３次元的な振動の表現は、実施形態２の圧電アクチュエータ１個では困難であるが、この圧電アクチュエータを２個以上組み合わせることで実施形態１と同様の効果を得ることができる。【００４８】
（実施形態３）
図４（ａ）は、本発明の実施形態３に係る圧電アクチュエータ１の斜視図である。図４（ｂ）はその断面図である。図４（ｂ）に示すように、２枚の薄板状圧電セラミックス５をシム材６の一方の端部を残して接合し、シム材６の一方の端部をホルダ７で固定した片持ち梁構造の圧電セラミックス振動子としている。この場合も加振力向上のために、圧電セラミックス振動子に補助ホルダ８を設けることが好ましい。補助ホルダ８の位置は圧電セラミックス振動子の端部でも良いし、中央部でも良い。本実施形態３の圧電アクチュエータを用いることで、実施形態１で得られる圧電セラミックス振動子１個あたりの振動量を保ちながら、圧電アクチュエータ１個当たりの実装面積を減らすことができる。複雑な立体感のある振動の表現は、実施形態２と同様、２個以上の圧電アクチュエータの振動を組み合わせることで表現可能である。【００４９】
（実施形態４）
図５は、本発明の実施形態４に係る電子機器の断面図である。図５に示すように、電子機器の筐体３は、圧電セラミックス振動子の上部に貫通孔を形成し、貫通孔内部を弾性体２ｂで充填し、さらに筐体表面が弾性体２ａで覆われた構造である。このような構造にすることで、圧電セラミックス振動子で発生する振動をより直接に使用者に伝達することができる。また筐体の一部または全体を弾性体で包む構造とすることで、実施形態１と比較して耐落下衝撃性や、耐湿性が損なわれることはない。【００５０】
（実施形態５）
図１１は、本発明の実施形態５に係る圧電アクチュエータ１と筐体３の断面図である。図１１（ａ）で示すように、薄板状圧電セラミックス５の片側に、屈曲したメタルヒンジ１１を接合し、これをシート状弾性体２を介して筐体３に接合する。メタルヒンジ１１を屈曲させることにより、振動を増幅し、効果的に伝達することができる。なお、メタルヒンジ１１はシム材６とは別に付加しても良いし、シム材６を兼ねて用いても良い。使用する部品の数が少なく、小型化・薄型化が要求される電子機器筐体内に配置することができる。さらに図１１（ｂ）に示すように、メタルヒンジ１１を一部Ｕ字状に屈曲させた振動拡大構造１２を有することによって、さらに大きな振動量を伝達することができる。図１１ではシム材を保持するホルダは図示していない。【００５１】
（実施形態６）
上記実施形態は電気機械変換機能を持つ圧電セラミックス振動子に電圧を印加して振動を発生させるものであるが、逆に手のひらや指による振動を電圧に変換することができる。つまり、筐体３に与えられる応力はシート状弾性体２、補助ホルダ８を介して圧電セラミックス振動子に伝えられ、電気信号に変換される。この機能を利用してタッチパネルとしての使用も可能である。また、電子機器の振動センサとしても使用が可能である。
【実施例】
【００５２】
（実施例１）
実施例１として、図１（ｂ）に示す圧電アクチュエータ１を試作した。薄板状圧電セラミックス５として、長さ１０ｍｍ、幅４ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの圧電セラミックス板を用意し、両主面にＡｇ電極を形成して分極処理を施した。シム材６として、長さ３２ｍｍ、幅４ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの形状で、中央部の１０ｍｍほどが幅２ｍｍに細くくびれた形状を持つリン青銅を使用した（くびれは図１（ｂ）では図示せず）。４枚の上記薄板状圧電セラミックス５を、エポキシ樹脂で上記シム材６の両主面の両端部に２ｍｍ程度残して接着すると共に、所定の電気配線を形成して圧電セラミックス振動子を作成した。【００５３】
ホルダ７としては、ＡＢＳ樹脂により作製した幅４ｍｍ、長さ４ｍｍ、高さ２ｍｍの樹脂部材を用意し、シム材６を挿入するための深さ０．２ｍｍの溝を高さ１ｍｍの位置に形成した。シム材６とホルダ７との接着には、エポキシ樹脂を用いた。【００５４】
補助ホルダ８には幅４ｍｍ、長さ４ｍｍ、高さ１．７ｍｍの形状であるシリコンゴムを二つ使用した。また、圧電セラミックス振動子と補助ホルダ８との接着には、エポキシ樹脂を用いた。【００５５】
図６（ａ）に示すように、シート状弾性体２には、長さ４２ｍｍ、幅１６ｍｍ、厚み０．５ｍｍの溝を形成していないシリコンゴムを使用した。このシート状弾性体２の上に、圧電セラミックス振動子、ホルダ７、補助ホルダ８からなる圧電アクチュエータ１を２個、４ｍｍ離してエポキシ樹脂を用いて貼り付け、本発明の圧電アクチュエータを作製した（図６（ａ））。【００５６】
このようにして構成した圧電アクチュエータを、図１２に示すような電子機器（携帯電話端末）に粘着材料を用いて搭載した。この携帯電話端末の構成自体は従来一般的なものであり、筐体３のひとつの面にディスプレイおよび入力キーが設けられており、また液晶ディスプレイ側の端面にアンテナが配置されている。圧電アクチュエータの搭載位置はディスプレイと電子回路基板の間であって、図１２の筐体３の内部表面とした。【００５７】
また筐体３には、厚み１ｍｍのＡＢＳ樹脂を用い、図６（ｂ）に示すように、圧電セラミックス振動子が配置された位置に相当する筐体外側表面を区切るように幅０．５ｍｍ、深さ０．５ｍｍの溝１０を形成した。【００５８】
本発明の効果を検証するため、独立して駆動させることのできる２個のうちの１個（図６（ｂ）の観測点Ａの内側にある圧電セラミックス振動子）に、２００Ｈｚ、実効値１０Ｖの交流電界を印加して、筐体３の表面の振動をレーザー型振動速度計測装置により測定した。観測点は、筐体３の外側表面の、筐体３に形成された溝１０で区切られた領域４箇所（図６（ｂ）のＡ、Ｂ、Ｃ及びＤ）とした。【００５９】
筐体３に形成した溝１０の効果を検証するために、筐体３に溝１０を形成しない装置も同様のプロセスで作製した。またさらに、シム材６に形成したくびれ９の効果を検証するために、シム材６にくびれ９を形成しない圧電セラミックス振動子も同様のプロセスで作製した。【００６０】
３種類のアクチュエータを用いて計測した４箇所の振動速度を、溝１０及びくびれ９がある場合の観測点Ａでの振動速度を基準として１．０に規格化した速度として表１に示した。（以下の表において同様に相対値を示す。）【００６１】
【表１】
2008146678.tif 000003
【００６２】
表１からわかるように、Ａ点の振動は筐体３の溝１０、及びシム材６のくびれ９がないことにより振動量が７０％減少した。さらに、筐体３に溝１０がない場合は、駆動した振動子以外の三箇所の振動速度に違いが見られず、振動位置の分離が悪くなる。シム材６にくびれ９がない場合、Ａ点とＢ点、Ｃ点とＤ点の振動速度はほぼ同じであった。【００６３】
以上より、本発明による振動位置の分離及び振動速度差が明らかである。すなわち、溝１０がない場合、筐体３の振動が全体に伝達されてＡ点の振動量は減少し、くびれ９がない場合は、圧電セラミックス振動子間の振動絶縁がなく中央部が優先的に振動し、Ａ点の振動量は減少する。【００６４】
さらに、表１には示していないが、Ａ点及びＢ点の裏側に配置されている２個の振動子を同時に同相で駆動した場合、Ａ点及びＢ点において、Ａ点の裏側にある圧電セラミックス振動子のみを駆動させた場合の２倍の振動量が得られた。【００６５】
（実施例２）
実施例２では、図７（ａ）に示したように、圧電セラミックス振動子に配置する補助ホルダ８の位置が実施例１とは異なる圧電アクチュエータ１を作製した。比較のために補助ホルダ８を配置しないものも作製し、図７（ｂ）に示す観測点Ａにおける振動速度を測定した。薄板状圧電セラミックス５、シム材６、ホルダ７の形状は実施例１と同じであり、補助ホルダ８の寸法は、長さ４ｍｍ、幅４ｍｍ、高さ１．９ｍｍである。【００６６】
電界を印加する振動子として、４個の圧電セラミックス振動子から１個を選択した。観測点Ａは、電界を印加した圧電セラミックス振動子がある圧電アクチュエータ１の補助ホルダ８の外側の筐体３表面である。補助ホルダ８がある場合とない場合の結果を表２に示す。【００６７】
【表２】
2008146678.tif 000004
【００６８】
表２に示すように、中心部に配置した補助ホルダ８によって観測点Ａの補助ホルダ８がない場合と比較して振動は３倍以上増加した。本発明による補助ホルダ８の効果は明らかである。【００６９】
（実施例３）
実施例３では、図８に示したように、圧電セラミックス振動子１個を持つアクチュエータ１を２個作製し、筐体３に配置した。薄板状圧電セラミックス５、ホルダ７、補助ホルダ８の形状は実施例１と同じである。シム材６の形状は、長さ１２ｍｍ、幅４ｍｍ、厚み０．２ｍｍとした。また、シート状弾性体２及び筐体３には溝１０を設けている。【００７０】
作製したアクチュエータ１を図８に示すように、筐体３に配置し、観測点Ａの裏側の圧電セラミックス振動子ａを駆動させた場合と、両方の圧電セラミックス振動子ａ、ｂを駆動させた場合の、観測点Ａ、Ｂにおける振動速度を表３に示した。【００７１】
【表３】
2008146678.tif 000005
【００７２】
表３から明らかなように、隣り合う振動子部分への振動伝達は２０％に抑えられた。また２個の振動子を同時に駆動した場合、それぞれの振動量が単独で駆動させた場合と比較して２０％増加した。筐体３に形成した溝１０の効果と、圧電セラミックス振動子を１個にしたサイズ低減の効果が得られた。【００７３】
（実施例４）
実施例４では、図９に示したように、圧電セラミックス振動子の薄板状圧電セラミックス５が配置される直上位置の筐体部分に貫通孔を開け、貫通孔内部を弾性体２ｂで充填し、筐体外部表面を弾性体２ａで覆ったものを作製した。実施例１で作成した携帯端末筐体に圧電アクチュエータを組み込んだものと、Ａ点における振動速度及び耐落下衝撃性を比較した。駆動する圧電セラミックス振動子はＡ点の裏側にあるものである（図９）。【００７４】
筐体３に形成する貫通孔は、長さ２ｍｍ、幅２ｍｍ、深さ１ｍｍ（筐体厚み）とした。
筐体３を覆う弾性体２ａとして、厚みを０．５ｍｍのシリコンゴムを用いた。【００７５】
実施例１の結果と比較した結果を表４に示す。【００７６】
【表４】
2008146678.tif 000006
【００７７】
表４によれば、本実施例４の構造の場合、観測点Ａでの振動速度は実施例１と比較して約２倍に増加した。また耐落下衝撃性も、実施例１と比較して劣るものの、実用上問題ないレベルを維持することができた。本実施例の効果は明らかである。【００７８】
（実施例５）
実施例１におけるシート状弾性体２を、図１０（ａ）に示すように、シート中央で交差する幅２ｍｍ、深さ０．３ｍｍの溝１０を有するシリコンゴムに置き換えたものを作成した。圧電セラミックス振動子はシム材６にくびれのないものを使用し、薄板状圧電セラミックス５、ホルダ７、補助ホルダ８、筐体３は実施例１の構成と同一である。実施例１と同様に図１０（ｂ）のＡ点の裏側に配置されている圧電セラミックス振動子を駆動した際の筐体表面Ｃ点の振動速度計測を行い、実施例１の結果と比較してシート状弾性体の溝の効果を評価した（表５）。シート状弾性体の溝によってＡ点からＣ点への振動伝達が２０％減少した。【００７９】
【表５】
2008146678.tif 000007
【００８０】
（実施例６）
実施例６では、図１１（ａ）に示すように、１枚の長さ１０ｍｍ、幅４ｍｍ、厚み０．２ｍｍの薄板状圧電セラミックス５に厚み０．２ｍｍのシム材（メタルヒンジ１１）を貼着し、中央部に２ｍｍ角、厚み０．２ｍｍのシート状弾性体２（シリコンゴム）を配置して筐体３に接合した圧電アクチュエータを作成した。シム材中央部の薄板状圧電セラミックス５とメタルヒンジ１１との間隙を０．２ｍｍとした。筐体３、シート状弾性体２及びメタルヒンジ１１それぞれの接着にはエポキシ樹脂を用いた。またさらに、メタルヒンジ１１にＵ字状に屈曲させた振動拡大構造１２を組み込んだアクチュエータを同様に作成した（図１１（ｂ））。実効値１０Ｖ、２００Ｈｚの駆動条件で圧電アクチュエータを駆動した際の筐体振動量を測定した（表６）。薄板状圧電セラミックス５の枚数が１枚であることから振動量が大きく低下するが、振動拡大構造１２をもつアクチュエータでは、振動量低下が２０％に抑えられ、アクチュエータの小型化・薄型化の効果は明らかである。【００８１】
【表６】
2008146678.tif 000008
【００８２】
以上本発明を上記実施例に即して説明したが、本発明は、上記実施例にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の各請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。
本発明の全開示（請求の範囲を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素の多様な組み合わせないし選択が可能である。
【図１】
2008146678.tif 000009
【図２】
2008146678.tif 000010
【図３】
2008146678.tif 000011
【図４】
2008146678.tif 000012
【図５】
2008146678.tif 000013
【図６】
2008146678.tif 000014
【図７】
2008146678.tif 000015
【図８】
2008146678.tif 000016
【図９】
2008146678.tif 000017
【図１０】
2008146678.tif 000018
【図１１】
2008146678.tif 000019
【図１２】
2008146678.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成20年10月16日(2008.10.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シム材と、該シム材の少なくとも片面に貼着された薄板状圧電セラミックスからなる少なくとも一つの圧電セラミックス振動子と、該シム材を保持する少なくとも一つのホルダとを有する圧電アクチュエータであって、
該ホルダと接合されるシート状弾性体をさらに含み、該圧電セラミックス振動子の振動を該ホルダと該シート状弾性体を介して電子機器の筐体に伝達させることを特徴とする、圧電アクチュエータ。
【請求項２】
前記ホルダから離れた位置で、前記圧電セラミックス振動子と前記シート状弾性体との間に接合される少なくとも一つの補助ホルダをさらに含み、前記圧電セラミックス振動子の振動を前記ホルダと該補助ホルダと前記シート状弾性体を介して前記筐体に伝達させることを特徴とする、請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】
前記ホルダから離れた位置で、前記シム材と前記シート状弾性体との間に接合される少なくとも一つの補助ホルダをさらに含み、前記圧電セラミックス振動子の振動を前記ホルダと該補助ホルダと前記シート状弾性体を介して前記筐体に伝達させることを特徴とする、請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項４】
複数の前記圧電セラミックス振動子を含む前記シム材の、隣り合う前記圧電セラミックス振動子の間に、くびれ部が形成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項５】
複数の前記圧電セラミックス振動子が前記ホルダ及び前記補助ホルダを介して前記シート状弾性体に接合されており、隣り合う前記圧電セラミックス振動子の間の前記シート状弾性体の部分には溝が設けられていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項６】
複数の前記圧電セラミックス振動子が前記ホルダ、前記補助ホルダ及び前記シート状弾性体を介して前記筐体に接合されており、前記圧電セラミックス振動子が接合された前記筐体の外側表面部分が互いに溝で区切られていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項７】
前記シム材は少なくとも１箇所の屈曲部分を形成したメタルヒンジを構成し、前記圧電セラミックス振動子と前記筐体との間を、該メタルヒンジと、前記ホルダを兼ねる前記シート状弾性体とを介して接合したことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項８】
前記圧電セラミックス振動子が接合される部分の前記筐体に貫通孔を設け、該貫通孔を弾性体で充填したことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項９】
前記圧電セラミックス振動子は、１００Ｈｚ〜１ｋＨｚの周波数で、パルス状又は正弦波状の交流電界を印加して駆動することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータを複数の振動源として搭載し、筐体を複数の立体的パターンで振動させることにより、使用者に種々の情報を伝達する機能を有することを特徴とする電子機器。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータを複数の振動源として搭載し、筐体を立体的に振動させることを特徴とする電子機器。
【請求項１２】
前記筐体に、溝又は厚みの異なる部分を持つことを特徴とする、請求項１１に記載の電子機器。
【請求項１３】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータを搭載し、筐体に生じる振動を該圧電アクチュエータにより電圧に変換する機能を有することを特徴とする電子機器。
【国際調査報告】
2008146678.tif 000021
2008146678.tif 000022