(57)【要約】【課題】非音響用に好適である振動発生装置及び電子機器を提供する。【解決手段】非音響用の振動発生装置であって、圧電素子と、第１方向の第１側に圧電素子が取り付けられる振動板と、振動板の外周部に設けられ、振動対象部材に振動板の振動を伝達する第１枠体と、第１枠体は、振動対象部材に対して、第１枠体、振動板及び振動対象部材が密閉空間を形成する態様で、接続可能であるものとする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非音響用の振動発生装置であって、
圧電素子と、
第１方向の第１側に前記圧電素子が取り付けられる振動板と、
前記振動板の外周部に設けられ、振動対象部材に前記振動板の振動を伝達する第１枠体と、
前記第１枠体は、前記振動対象部材に対して、前記第１枠体、前記振動板及び前記振動対象部材が密閉空間を形成する態様で、接続可能である、振動発生装置。
【請求項２】
前記第１枠体は、前記振動板における前記第１方向の前記第１側とは逆の第２側の表面の外周部に設けられ、かつ、前記振動対象部材に、前記第１方向の前記第２側が接続される、請求項１記載の振動発生装置。
【請求項３】
前記振動板における前記第１方向の前記第１側の表面の外周部に設けられる第２枠体を更に含む、請求項２記載の振動発生装置。
【請求項４】
前記第１枠体と前記振動対象部材との間に設けられ、粘弾性体を含む接合部材を更に含む、請求項１から３いずれか１項記載の振動発生装置。
【請求項５】
前記接合部材は、基材層と、前記第１方向で前記基材層の両側に、粘弾性体からなる接合層とを含む、請求項４記載の振動発生装置。
【請求項６】
前記接合部材は、前記第１方向を法線とした平面で切断した際の断面形状が、前記第１枠体よりも大きい、請求項４又は５記載の振動発生装置。
【請求項７】
前記密閉空間に設けられ、ゴム材料、樹脂材料及びシリコン材料のうちの少なくともいずれかを含み、前記第１方向で前記振動板及び前記振動対象部材に当接する振動伝達部材を更に含む、請求項１から５いずれか１項記載の振動発生装置。
【請求項８】
前記圧電素子は、バイモルフ又はユニモルフ構造である、請求項１から７いずれか１項記載の振動発生装置。
【請求項９】
請求項１から８いずれか１項記載の振動発生装置と、前記振動対象部材と、前記振動発生装置を駆動する電子回路とを含む、電子機器。
【請求項１０】
前記振動対象部材がディスプレイパネルである、請求項９記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非音響用の振動発生装置及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子と振動板と枠体とからなる音響発生器を筐体内に収容されることで、スピーカのような音響発生装置を形成する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−００５５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献に記載された音響発生装置では、筐体内で音響発生器がどのように収容されているか不明である。なお、音響発生装置では、筐体に、音響を外部に放射するための開口を形成する必要があるので、非音響用の振動発生装置とは異なる構成となる。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、非音響用に好適である振動発生装置及び電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、鋭意検討の結果、枠体、振動板及び振動対象部材が密閉空間を形成する態様で接続されると、非音響用に好適であることを見出し、本発明に至った。
【０００７】
すなわち、本発明は、非音響用の振動発生装置であって、圧電素子と、第１方向の第１側に圧電素子が取り付けられる振動板と、振動板の外周部に設けられ、振動対象部材に振動板の振動を伝達する第１枠体と、第１枠体は、振動対象部材に対して、第１枠体、振動板及び振動対象部材が密閉空間を形成する態様で、接続可能である。
【０００８】
さらに、第１枠体は、振動板における第１方向の第１側とは逆の第２側の表面の外周部に設けられ、かつ、振動対象部材に、第１方向の第２側が接続されることが好ましい。
【０００９】
さらに、振動板における第１方向の第１側の表面の外周部に設けられる第２枠体を更に含むことが好ましい。
【００１０】
さらに、第１枠体と振動対象部材との間に設けられ、粘弾性体を含む接合部材を更に含むことが好ましい。
【００１１】
さらに、接合部材は、基材層と、第１方向で基材層の両側に、粘弾性体からなる接合層とを含むことが好ましい。
【００１２】
さらに、接合部材は、第１方向を法線とした平面で切断した際の断面形状が、第１枠体よりも大きいことが好ましい。
【００１３】
さらに、密閉空間に設けられ、ゴム材料、樹脂材料及びシリコン材料のうちの少なくともいずれかを含み、第１方向で振動板及び振動対象部材に当接する振動伝達部材を更に含むことが好ましい。
【００１４】
さらに、圧電素子は、バイモルフ又はユニモルフ構造であることが好ましい。
【００１５】
また、本発明は、上記のような振動発生装置と、振動対象部材と、振動発生装置を駆動する電子回路とを含む、電子機器である。この場合、振動対象部材がディスプレイパネルであると好適である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、非音響用に好適である振動発生装置及び電子機器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の振動発生装置の一実施形態を概略的に示す平面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１ＡのＡ−Ａ断面図である。
【図２】図２は、圧電素子の構造の一例を示す概略断面図である。
【図３】図３は、第１実施形態の振動発生装置がディスプレイパネルに取り付けられた状態を概略的に示す断面図である。
【図４】図４は、図３のＱ部の拡大図である。
【図５】図５は、本発明の電子機器の一実施形態を概略的に示す平面図である。
【図６】図６は、第２実施形態の振動発生装置がディスプレイパネルに取り付けられた状態を概略的に示す断面図である。
【図７】図７は、第３実施形態の振動発生装置がディスプレイパネルに取り付けられた状態を概略的に示す断面図である。
【図８】図８は、第４実施形態の振動発生装置がディスプレイパネルに取り付けられた状態を概略的に示す断面図である。
【図９】図９は、第５実施形態の振動発生装置がディスプレイパネルに取り付けられた状態を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の非音響用の振動発生装置及び電子機器の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１９】
本発明の非音響用の振動発生装置の一実施形態（以下、「第１実施形態」とも称する）について図１から図５を参照しながら説明する。
非音響用とは、スピーカのような音響用ではないことを意味する。非音響用の振動発生装置は、典型的には、ユーザへ振動等を介して触覚を提示する触覚提示装置（例えば、フォースフィードバック装置）用である。
図１Ａは、本発明の振動発生装置の一実施形態を概略的に示す平面図である。図１Ｂは、図１ＡのＡ−Ａ断面図である。図２は、圧電素子の構造の一例を示す概略断面図である。
【００２０】
図１には、直交する３方向Ｘ、Ｙ、及びＺが示される。以下では、説明上、Ｚ方向は、上下方向に対応するものとする。ただし、振動発生装置９０の取り付け状態での向きは任意である。
【００２１】
振動発生装置９０は、圧電アクチュエータ１０と、振動板８２と、枠体８４（第１枠体の一例）とを含む。
【００２２】
圧電アクチュエータ１０は、任意の構造であってよいが、例えば図２に示すような構造を有してよい。図２では、圧電アクチュエータ１０の圧電素子１１を含む。圧電素子１１は、４層のセラミックスからなる圧電体層１１０と、３層の内部電極層１１２が交互に積層された積層体と、かかる積層体の一方主面（上側表面）及び他方主面（下側表面）に形成された表面電極１１４と、内部電極層１１２の端部が露出される側の側面に形成された側面電極１１６とを備える。なお、内部電極層１１２、表面電極１１４、及び側面電極１１６は、銀や、銀にシリカを主成分としたガラス等を含有させた銀化合物、ニッケル等を用いることができる。
【００２３】
圧電体層１１０は、圧電特性を有するセラミックスで形成される。セラミックスとしては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、Ｂｉ層状化合物、タングステンブロンズ構造化合物等の非鉛系圧電体材料等を用いることができる。
【００２４】
本実施形態の圧電素子１１は、上面視で矩形状であるが、他の形状（多角形や円形等）であってもよい。また、圧電素子１１は、ユニモルフ構造であってもよいし、図２に示すような、バイモルフ構造であってもよい。バイモルフ構造では、図２にて分極の方向を矢印Ｐで示すように、表面電極１１４に電気信号を印加した際に発生する電界の向きに対する分極の向きが厚み方向における一方側と他方側とで逆転するように分極される。図２に示す圧電素子１１においては、表面電極１１４に電気信号が与えられることで、屈曲振動が励起される。
なお、圧電アクチュエータ１０の形成は、例えば、圧電体層（１１０）の材料粉末と有機溶剤、バインダ、可塑剤、及び分散剤等を所定の比率で混合してスラリーを準備し、例えば公知のドクターブレード法等によりセラミックグリーンシートを作成し、内部電極及び外部電極に積層した後、大気中５００℃で脱バインダ処理し、大気中１０００℃で一体焼成することにより得ることができる。また、ドクターブレード法に限定されるものではなく、例えば、圧電体層の材料粉末を含むスラリーと電極材料を含む導電ペーストとを交互に印刷及び積層する、いわゆるスラリービルド法等を用いて積層した後、一体焼成することによっても得ることができる。
【００２５】
振動板８２は、圧電アクチュエータ１０の駆動による振動を発生させる板である。振動板８２は、例えば矩形状の形態であるが、形状は任意である。振動板８２は、アクリル樹脂やガラス等の剛性が比較的大きい材料により形成されてよい。振動板８２の上下方向（第１方向の一例）の上側（第１側の一例）には、圧電素子１１が取り付けられる。具体的には、振動板８２の上側表面には、圧電アクチュエータ１０の圧電素子１１の下側表面が取り付けられる。圧電素子１１は、例えば接合部材（図示せず）を介して振動板８２に取り付けられる。接合部材は、例えば、不織布等からなる基材の両面に粘着剤が付着された両面テープや、弾性を有する接着剤であってよい。振動板８２における圧電アクチュエータ１０の取り付け位置は、任意であり、振動板８２の中心に対して中心合わせされてもよいし、振動板８２の中心からオフセットされてよい。
【００２６】
枠体８４は、振動板８２の外周部に沿って延在する。枠体８４は、振動板８２の外周部に固着される。枠体８４は、振動板８２に張力がかかっている状態で振動板８２の外周部に固定される。
【００２７】
枠体８４は、振動板８２を支持する支持体として機能する。また、枠体８４は、ディスプレイパネル６０に振動板８２の振動を伝達する。枠体８４は、例えばステンレス等の金属や、樹脂により形成されてよい。なお、振動板８２には、ウエイト等が更に設けられてもよい。
【００２８】
図３は、本実施形態の振動発生装置９０がディスプレイパネル６０（振動対象部材の一例）に取り付けられた状態を概略的に示す断面図である。図４は、図３のＱ部の拡大図である。
【００２９】
振動発生装置９０は、ディスプレイパネル６０を介してユーザへ振動等を介して触覚を提示する触覚提示装置（例えば、フォースフィードバック用の装置）として機能してよい。
【００３０】
ディスプレイパネル６０は、例えば液晶ディスプレイパネルや、有機ＥＬ（ElectroLuminescence）ディスプレイパネルであってよい。ディスプレイパネル６０に代えて、ディスプレイ機能を備えないガラスパネル等が用いられてもよい。
【００３１】
図３に示すように、ディスプレイパネル６０には、図１Ａ及び図１Ｂを参照して上述した振動発生装置９０が接合部材６２を介して取り付けられる。具体的には、ディスプレイパネル６０の内側の表面には、枠体８４が接合部材６２を介して接続される。
接合部材６２は、好ましくは、図４に示すように、基材層６２１と、上下方向で基材層６２１の両側に接合層６２２とを含む。基材層６２１は、不織布等から形成されてよい。接合層６２２のそれぞれは、粘着剤層により形成されてよい。この場合、接合部材６２は、両面テープの形態である。接合層６２２は、エポキシ系樹脂や、発泡材を含む熱可塑性ウレタン（粘弾性体の一例）等により形成されてもよい。これにより、ディスプレイパネル６０と振動板８２と枠体８４とで囲まれた密閉空間６４が形成される。密閉空間６４を形成するために、振動板８２等には貫通穴が設けられていない。
【００３２】
また、接合部材６２は、好ましくは、Ｚ方向を法線とした平面（すなわちＸＹ平面）で切断した際の断面形状が、枠体８４よりも大きい。例えば、接合部材６２のＸ方向の寸法は、図４に示すように、枠体８４のＸ方向の寸法よりも大きい。同様に、図示しないが、接合部材６２のＹ方向の寸法は、枠体８４のＹ方向の寸法よりも大きくてもよい。かかる寸法関係は、接合部材６２が枠体８４の上側表面からはみ出るように形成されることで実現される。これにより、ディスプレイパネル６０と枠体８４との間の密着性を高めることができる。
【００３３】
振動発生装置９０の圧電素子１１の表面電極１１４に電気信号が付与されると、圧電素子１１が屈曲振動する。その結果、振動板８２が振動する。すなわち、振動板８２は、上述のように、圧電アクチュエータ１０の振動によって圧電アクチュエータ１０とともに振動する。振動板８２が振動すると、枠体８４及び接合部材６２を介して、振動板８２の振動がディスプレイパネル６０に伝達される。すなわち、枠体８４及び接合部材６２が振動板８２の振動をディスプレイパネル６０に伝達する。
【００３４】
本実施形態の振動発生装置９０によれば、振動発生装置９０を密閉空間６４を介してディスプレイパネル６０に取り付けることで、例えば振動板８２に貫通穴が形成されている場合に比べて、ディスプレイパネル６０に振動を効率的に伝達できる。
【００３５】
さらに、振動発生装置９０が、粘弾性体を含む接合部材６２を介してディスプレイパネル６０に取り付けられる場合は、接合部材６２が粘弾性体を含まない場合に比べて、ディスプレイパネル６０に伝わる振動を滑らかにすることができる。
【００３６】
さらに、本実施形態の振動発生装置９０によれば、圧電アクチュエータ１０が密閉空間６４内に配置されるので、圧電アクチュエータ１０が密閉空間６４外に配置される場合（後出の図６参照）に比べて、振動発生装置９０の薄型化を図ることができる。
【００３７】
次に、図５を参照して、振動発生装置９０を用いた電子機器について説明する。なお、前出の図３は、図５のＢ−Ｂ断面図である。
【００３８】
図５は、本発明の電子機器の一実施形態を概略的に示す平面図である。
【００３９】
電子機器６は、圧電アクチュエータ１０と、ディスプレイパネル６０と、筐体６６と、電子回路６８と、振動板８２と、枠体８４とを含む。
【００４０】
電子機器６は、任意であり、例えば図５に示すように、スマートフォン等の携帯端末であってよい。電子機器６は、その他、ゲーム機のコントローラや、ウェアラブル装置、タブレット端末、携帯音楽プレーヤ等であってもよい。また、電子機器６は、車載電子機器として具現化されてもよい。また、電子機器６は、家庭用の電子機器（テレビや、掃除機、洗濯機、冷蔵庫、電子レンジ等）として具現化されてもよい。
【００４１】
圧電アクチュエータ１０は、図２を参照して上述した通りである。ディスプレイパネル６０は、図３を参照して上述した通りである。振動板８２及び枠体８４は、図１Ａ及び図１Ｂを参照して上述した通りである。
【００４２】
筐体６６は、電子機器６の筐体である。筐体６６の内部には、電子回路６８（図５では点線で模式的に図示）や、振動発生装置９０等が収容される。
【００４３】
電子回路６８は、圧電アクチュエータ１０に電気的に接続される。電子回路６８は、圧電アクチュエータ１０を駆動する電気信号を圧電アクチュエータ１０に与える。圧電アクチュエータ１０は、電子回路６８を含む制御装置による制御下で駆動されてよい。
【００４４】
なお、圧電素子１１がバイモルフ構造である場合、振動発生装置９０の薄型化が図られるとともに、少ないエネルギーで効率よく振動板８２を振動させることができる。また、圧電素子１１自体が屈曲振動することにより、振動板８２との接合面での機械的損失を低減できる。
【００４５】
次に、他の実施形態による振動発生装置について説明する。他の実施形態の説明において、上述した実施形態と同じであってよい構成要素については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００４６】
図６は、他の実施形態（以下、「第２実施形態」とも称する）による振動発生装置９０Ａがディスプレイパネル６０（振動対象部材の一例）に取り付けられた状態を概略的に示す断面図である。
【００４７】
第２実施形態による振動発生装置９０Ａは、上述した第１実施形態による振動発生装置９０に対して、圧電アクチュエータ１０が振動板８２の逆側、すなわち下側（第１側の一例）の表面に設けられる点が異なる。枠体８４は、上述した第１実施形態と同様に、振動板８２における上側（第２側の一例）の表面の外周部に設けられ、かつ、ディスプレイパネル６０に、上側が接続される。
【００４８】
本実施形態による振動発生装置９０Ａによっても、上述した第１実施形態による振動発生装置９０と同様の効果が得られる。また、圧電アクチュエータ１０が密閉空間６４内に設けられないので、配線接続が容易となり、また、密閉空間６４内の気体の体積を増加できる。
【００４９】
図７は、他の実施形態（以下、「第３実施形態」とも称する）による振動発生装置９０Ｂがディスプレイパネル６０（振動対象部材の一例）に取り付けられた状態を概略的に示す断面図である。
【００５０】
第３実施形態による振動発生装置９０Ｂは、上述した第１実施形態による振動発生装置９０に対して、圧電アクチュエータ１０が振動板８２の逆側（すなわち下側表面）に設けられる点と、密閉空間６４内に充填材料７０が充填される点とが異なる。
【００５１】
充填材料７０は、ゴム材料や、樹脂（発泡系樹脂）、シリコン等により形成されてよい。
【００５２】
本実施形態による振動発生装置９０Ｂによっても、上述した第１実施形態による振動発生装置９０と同様の効果が得られる。さらに、本実施形態による振動発生装置９０Ｂによれば、充填材料７０を備えることで、充填材料７０を備えない場合に比べて、質量要素が増加し、振動の周波数を低い方向に制御することが可能となる。また、振動の伝達性が向上する。
【００５３】
なお、図７に示す例では、密閉空間６４の全体に充填材料７０が充填されているが、密閉空間６４の一部に充填材料７０が充填されてもよい。
【００５４】
図８は、他の実施形態（以下、「第４実施形態」とも称する）による振動発生装置９０Ｃがディスプレイパネル６０（振動対象部材の一例）に取り付けられた状態を概略的に示す断面図である。
【００５５】
第４実施形態による振動発生装置９０Ｃは、上述した第１実施形態による振動発生装置９０に対して、密閉空間６４内に充填材料７０Ｃが充填される点が異なる。
【００５６】
充填材料７０Ｃは、上述した第３実施形態による充填材料７０と同様、ゴム材料や、樹脂（発泡系樹脂）、シリコン等により形成されてよい。
【００５７】
本実施形態による振動発生装置９０Ｃによっても、上述した第１実施形態による振動発生装置９０と同様の効果が得られる。さらに、本実施形態による振動発生装置９０Ｃによれば、充填材料７０Ｃを備えることで、充填材料７０を備えない場合に比べて、質量要素が増加し、振動の周波数を低い方向に制御することが可能となる。また、振動の伝達性が向上する。また、落下衝撃等を緩和でき、信頼性が向上する。
【００５８】
図９は、他の実施形態（以下、「第５実施形態」とも称する）による振動発生装置９０Ｄがディスプレイパネル６０（振動対象部材の一例）に取り付けられた状態を概略的に示す断面図である。
【００５９】
第５実施形態による振動発生装置９０Ｄは、上述した第１実施形態による振動発生装置９０に対して、圧電アクチュエータ１０が振動板８２の逆側（すなわち下側表面）に設けられる点と、第２枠体８６が追加された点とが異なる。
【００６０】
第２枠体８６は、枠体８４とは逆側に設けられる。すなわち、第２枠体８６は、振動板８２の下側表面において、振動板８２の外周部に沿って延在する。第２枠体８６は、枠体８４と同様、振動板８２の外周部に固着される。
【００６１】
本実施形態による振動発生装置９０Ｄによっても、上述した第１実施形態による振動発生装置９０と同様の効果が得られる。さらに、本実施形態による振動発生装置９０Ｄによれば、第２枠体８６を備えることで、振動体としての質量が増加するので（すなわち質量要素が増加するので）、ディスプレイパネル６０に伝達できる振動の強さを高めることができるという効果が得られる。
【００６２】
なお、第５実施形態は、上述した第２実施形態から第４実施形態のうちのいずれかとも組み合わせることができる。すなわち、上述した第２実施形態から第４実施形態において、第２枠体８６が設けられてもよい。
【符号の説明】
【００６３】
６  電子機器
１０  圧電アクチュエータ
１１  圧電素子
６０  ディスプレイパネル
６２  接合部材
６４  密閉空間
６６  筐体
６８  電子回路
７０  充填材料
７０Ｃ  充填材料
８２  振動板
８４  枠体
８６  第２枠体
９０  振動発生装置
９０Ａ  振動発生装置
９０Ｂ  振動発生装置
９０Ｃ  振動発生装置
９０Ｄ  振動発生装置
１１０  圧電体層
１１２  内部電極層
１１４  表面電極
１１６  側面電極
６２１  基材層
６２２  接合層
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
2019147084.tif 000006
【図４】
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【図５】
2019147084.tif 000008
【図６】
2019147084.tif 000009
【図７】
2019147084.tif 000010
【図８】
2019147084.tif 000011
【図９】
2019147084.tif 000012