(57)【要約】【課題】長寿命化・高信頼性を実現できる電歪体を用いた振動装置の提供。【解決手段】振動装置は、シーソー式振動装置であり、受け枠１及び蓋体２に定置した支点軸４を持ち、先端に錘部５ｄ，５ｅを装荷して正逆方向に揺動可能なシーソー板３と、シーソー板の第１の梃腕５ｂの基端と底面１ｂとの間にあってシーソー板を時計方向に揺動すべき第１圧電素子６と、シーソー板の第２の梃腕５ｃの基端と底面１ｂとの間にあってシーソー板を反時計方向に揺動すべき第２圧電素子７と、第１圧電素子６と第２圧電素子７とが互いに逆位相で伸縮変形する。【選択図】　　　図２
2004025009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体に定置した支点軸に関する所定の慣性モーメントを有して正逆方向に揺動可能なシーソー体と、前記シーソー体における一方の梃腕と前記支持体との間にあって前記支点軸近傍の第１部位を押動して前記シーソー体を正方向に揺動すべき第１電歪体と、前記シーソー体における他方の梃腕と前記支持体との間にあって前記支点軸近傍の第２部位を押動して前記シーソー体を逆方向に揺動すべき第２電歪体とを備え、前記第１電歪体と前記第２電歪体とが互いに逆位相で伸縮変形することを特徴とするシーソー式振動装置。
【請求項２】
支持体に定置した支点軸に関する所定の慣性モーメントを有して正逆方向に揺動可能なシーソー体と、前記シーソー体における一方の梃腕と前記支持体との間にあって前記支点軸近傍の第１部位を押動して前記シーソー体を正方向に揺動すべき第１電歪体と、前記一方の梃腕と前記支持体との間にあって前記支点軸近傍の第２部位を押動して前記シーソー体を逆方向に揺動すべき第２電歪体とを備え、前記第１電歪体と前記第２電歪体とが互いに逆位相で伸縮変形することを特徴とするシーソー式振動装置。
【請求項３】
請求項２において、前記シーソー体における他方の梃腕と前記支持体との間にあって前記支点軸近傍の第３部位を押動して前記シーソー体を前記逆方向に揺動すべき第３電歪体と、前記他方の梃腕と前記支持体との間にあって前記支点軸近傍の第４部位を押動して前記シーソー体を前記正方向に揺動すべき第４電歪体とを備え、前記第３電歪体と前記第４電歪体とが互いに逆位相で伸縮変形し、前記第１電歪体と前記第４電歪体とが同位相で伸縮変形し、前記第２電歪体と前記第３電歪体とが同位相で伸縮変形することを特徴とするシーソー式振動装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、前記シーソー体は前記各腕部の先端側にて錘部を装荷して成ることを特徴とするシーソー式振動装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、前記各腕部は板状体であることを特徴とするシーソー式振動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば携帯電話機等に用いる振動装置（バイブレータ）に関し、特に、電歪体を用いたシーソー式振動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電歪体を用いた振動装置としては、ケース等の支持体から張り出た弾性片持ち梁と、その先端に装荷した錘部と、支持体と弾性片持ち梁の固定端側との間に介在した圧電素子とを有している。圧電素子の繰返し伸縮変形により弾性片持ち梁が撓み振動を発生する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
圧電素子の伸縮変形量は僅少であり、また適度な有感振幅を得るためには、圧電素子を弾性片持ち梁の固定端側に配置する必要があるが、撓み振動の周波数は専ら弾性片持ち梁及び錘部の形態・属性から決まる共振周波数（固有振動数）に依存する。弾性片持ち梁の共振周波数での周期毎では、弾性片持ち梁自身が運動エネルギーと弾性エネルギーとの過不足無い交換が成立しなければならないが、圧電素子の振動数及び振幅が振動開始から共振までに至る間で一定であり、また姿勢変更により重力の影響があるため、各部材間の絡み合いにより振動周波数の設計が非常に困難となるばかりか、歩留まりの低下を招く。また、弾性片持ち梁が共振周波数で撓み振動を起こすことから、必然的に固定端でのせん断折損事故が生じ易く、長寿命化・高信頼性の面からみて実用化が到底困難であった。
【０００４】
そこで、上記問題点に鑑み、本発明の課題は、長寿命化・高信頼性を実現できる電歪体を用いた振動装置を提供することにある。
【０００５】
【解決を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る電歪体を用いた振動装置はシーソー式振動装置である。即ち、本発明の第１の手段に係るシーソー式振動装置は、支持体に定置した支点軸に関する所定の慣性モーメントを有して正逆方向に揺動可能なシーソー体を有する。そして、このシーソー式振動装置は、シーソー体における一方の梃腕と支持体との間にあって支点軸近傍の第１部位を押動してシーソー体を正方向に揺動すべき第１電歪体と、シーソー体における他方の梃腕と支持体との間にあって支点軸近傍の第２部位を押動してシーソー体を逆方向に揺動すべき第２電歪体とを備え、第１電歪体と第２電歪体とが互いに逆位相で伸縮変形するものである。なお、ここで電歪体とは、圧電素子の外、高誘電体エラストマ，電気的活動性ポリマー，人工筋肉などを指す。
【０００６】
斯かるシーソー式振動装置においては、第１電歪体が伸長変形すると共に第２電歪体が収縮変形すると、一方の梃腕の第１部位が第１電歪体により押動されると共に他方の梃腕の第２部位から第２電歪体が退くため、シーソー体は正の角加速度を以って正方向に揺動し始めた後、ストッパー機能を果たす第２電歪体により回り止めされて負の角加速度を以って急停止する。逆に、第１電歪体が収縮変形すると共に第２電歪体が伸長変形すると、他方の梃腕の第２部位が第２電歪体により押動されると共に一方の梃腕の第１部位から第１電歪体が退くため、シーソー体は正の角加速度を以って逆方向に揺動し始めた後、ストッパー機能を果たす第１電歪体により回り止めされて負の角加速度を以って急停止する。このような第１電歪体と第２電歪体とが互いに逆位相で伸縮変形を繰返することにより、シーソー体が正逆交互に揺動し、この反作用力として支持体全体が振動する。シーソー体の押動角が第１電歪体と第２電歪体とによりほぼ一義的に規制されているため、シーソー体の正逆交互の揺動周波数は第１電歪体と第２電歪体との伸縮変形の周波数に他励的に依存し、シーソー体自身の固有周波数とは無関係になるので、シーソー体の剛体化を図ることができ、シーソー体の折損事故等を防止できる。また第１電歪体と第２電歪体の交互伸縮変形の周波数により振動周波数が一義的に決定できるので、振動装置の設計が容易となる。従って、電歪体を用いた振動装置の長寿命化・高信頼性を実現できる。なお、シーソー体は真直状に限らず、彎曲状又は屈曲状でも構わない。屈曲状の場合にはコンパクト化を図ることができる。
【０００７】
上記構成に対して本発明の第２の手段に係るシーソー式振動装置は、支持体に定置した支点軸に関する所定の慣性モーメントを有して正逆方向に揺動可能なシーソー体と、シーソー体における一方の梃腕と支持体との間にあって支点軸近傍の第１部位を押動してシーソー体を正方向に揺動すべき第１電歪体と、一方の梃腕と前記支持体との間にあって支点軸近傍の第２部位を押動してシーソー体を逆方向に揺動すべき第２電歪体とを備え、第１電歪体と第２電歪体とが互いに逆位相で伸縮変形するものである。
【０００８】
このシーソー式振動装置においても、第１電歪体が伸長変形すると共に第２電歪体が収縮変形すると、一方の梃腕の第１部位が第１電歪体により押動されると共に一方の梃腕の第２部位から第２電歪体が退くため、シーソー体は正の角加速度を以って正方向に揺動し始めた後、ストッパー機能を果たす第２電歪体により回り止めされて負の角加速度を以って急停止する。逆に、第１電歪体が収縮変形すると共に第２電歪体が伸長変形すると、一方の梃腕の第２部位が第２電歪体により押動されると共に一方の梃腕の第１部位から第１電歪体が退くため、シーソー体は正の角加速度を以って逆方向に揺動し始めた後、ストッパー機能を果たす第１電歪体により回り止めされて負の角加速度を以って急停止する。このような第１電歪体と第２電歪体とが互いに逆位相での伸縮変形を繰返することにより、シーソー体が正逆交互に揺動し、この反作用力として支持体全体が振動する。シーソー体の押動角が第１電歪体と第２電歪体とによりほぼ一義的に規制されているため、シーソー体の正逆交互の揺動周波数は第１電歪体と第２電歪体との伸縮変形の周波数に他励的に依存し、シーソー体自身の固有周波数とは無関係になるので、シーソー体の剛体化を図ることができ、シーソー体の折損事故等を防止できる。また第１電歪体と第２電歪体の交互伸縮変形の周波数により振動周波数が一義的に決定できるので、振動装置の設計が容易となる。従って、電歪体を用いた振動装置の長寿命化・高信頼性を実現できる。なお、シーソー体は真直状に限らず、彎曲状又は屈曲状でも構わない。屈曲状の場合にはコンパクト化を図ることができる。
【０００９】
振動力を増強するには、上記第２の手段の構成に加え、シーソー体における他方の梃腕と支持体との間にあって支点軸近傍の第３部位を押動してシーソー体を逆方向に揺動すべき第３電歪体と、他方の梃腕と支持体との間にあって支点軸近傍の第４部位を押動してシーソー体を正方向に揺動すべき第４電歪体とを備え、第３電歪体と第４電歪体とが互いに逆位相で伸縮変形し、第１電歪体と第４電歪体とが同位相で伸縮変形し、第２電歪体と第３電歪体とが同位相で伸縮変形する構成を採用することができる。第１電歪体と第４電歪体とが同期して伸縮変形すると共に、第２電歪体と第３電歪体とが同期して伸縮変形することになるので、シーソー体の回転モーメントが増強し、強い振動を得ることができる。
【００１０】
シーソー体としては、軽量化とコンパクト化を図るために、各腕部の先端側にて錘部を装荷して成ることが望ましい。慣性モーメントを大きくできるからである。
【００１１】
また、シーソー体の加速時での梃椀の折損を防止するには、各腕部は板状体であることが望ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明の第１実施例に係るシーソー式振動装置を示す分解斜視図、図２（ａ）〜（ｃ）は同シーソー式振動装置の縦断面図である。
【００１３】
本例のシーソー式振動装置は、断面コ字形状の受け枠１と、この受け枠１に嵌合する箱形の蓋体２と、シーソー板３とを有する。受け枠１と蓋体２とは振動装置の支持体（ケース）を構成している。受け枠１の両起立片１ａ，１ａに幅狭状切欠きＡが形成されている。また、蓋体２の両側面２ａ，２ａには幅狭状切欠きＢが形成されている。蓋体２が受け枠１に嵌合した状態では幅狭状切欠きＡの奥端と幅狭状切欠きＢ，Ｂの奥端とは一部重なり、軸受け穴を形成する。この軸受け穴にはシーソー板３の支点軸４が軸承される。シーソー板３は、薄板の中心線付近をカーリングして成る軸装部５ａと、軸装部５ａを境に互いに反対方向に延び出た第１の梃腕５ｂ及び第２の梃腕５ｃと、第１の梃腕５ｂ及び第２の梃腕５ｃの先端に固定した第１の錘部５ｄ及び第２の錘部５ｅとを有する。錘部５ｄ，錘部５ｅの装荷により、シーソー板３は軽量及びコンパクトでありながら、所定の慣性モーメントを得ることができる。軸装部５ａ内には支点軸４が圧入されている。本例では、第１の梃腕５ｂの長さと第２の梃腕５ｃの長さは同じで、また第１の錘部５ｄと第２の錘部５ｅとは同形同量である。第１の梃腕５ｂのうち支点軸４の基端（第１部位）と受け枠１の底面１ｂとの間には第１圧電素子６が設けられており、また、第２の梃腕５ｃのうち支点軸４の基端（第２部位）と受け枠１の底面１ｂとの間には第２圧電素子７が設けられている。本例では、図２（ａ）に示す如く、装置全体が水平姿勢のとき、第１圧電素子６及び第２圧電素子７の収縮量ゼロのとき、シーソー板３は左右平衡状態である。なお、添付図面においては圧電素子のリード線は省略して図示してある。
【００１４】
斯かる振動装置においては、第１圧電素子６と第２圧電素子７には図３に示す如く互いに逆位相の駆動電圧波形（矩形波）が駆動回路（図示せず）より印加される。このため、第１圧電素子６が伸長変形すると共に第２圧電素子７が収縮変形すると、第１の梃腕５ｂの基端が第１圧電素子６により図２（ｂ）の図示上方へ押動されると共に第２の梃腕５ｃの基端から第２圧電素子７が退くため、シーソー板３は正の角加速度を以って時計方向に揺動し始めた後、図２（ｃ）に示す如く、ストッパー機能を果たす第２圧電素子７により回り止めされて負の角加速度を以って急停止する。逆に、第１圧電素子６が収縮変形すると共に第２圧電素子７が伸長変形すると、図２（ｃ）に示す如く、第２の梃腕５ｃの基端が第２圧電素子７により押動されると共に第１の梃腕５ｂの基端から第１圧電素子６が退くため、シーソー板３は正の角加速度を以って反時計方向に揺動し始めた後、図２（ｂ）に示す如く、ストッパー機能を果たす第１圧電素子６により回り止めされて負の角加速度を以って急停止する。
【００１５】
このような第１圧電素子６と第２圧電素子７とが互いに逆位相での伸縮変形を繰返することにより、シーソー板３が正逆交互に揺動し、この反作用力として受け枠１及び蓋体２が振動する。シーソー板３の押動角が第１圧電素子６と第２圧電素子７とによりほぼ一義的に規制されているため、シーソー板３の正逆交互の揺動周波数は第１圧電素子６と第２圧電素子７との伸縮変形の周波数に他励的に依存し、シーソー板３自身の固有周波数とは無関係になるので、シーソー板３の剛体化を図ることができ、シーソー板３の折損事故等を防止できる。また、第１圧電素子６と第２圧電素子７の交互伸縮変形の周波数により振動周波数が一義的に決定できるので、振動装置の設計が容易となる。従って、振動装置の長寿命化・高信頼性を実現できる。
【００１６】
なお、本例では、第１圧電素子６と第２圧電素子７がシーソー板３の回り止め機能を常時果たしているため、シーソー板３は装置全体の姿勢変更に対して自由衡平状態とならず、また揺動角範囲が限定される。
【００１７】
図４は本発明の第２実施例に係るシーソー式振動装置の縦断面図である。なお、図４において図１及び図２に示す部分と同一部分には同一参照符号を付し、その説明を省略する。
【００１８】
本例では、第１の梃腕５ｂのうち支点軸４の基端（第１部位）と受け枠１の底面１ｂとの間には第１圧電素子１０が設けられていると共に、第１の梃腕５ｂのうち支点軸４の基端（第２部位）と蓋体２の頂面２ｂとの間には第２圧電素子１１が設けられている。また、第２の梃腕５ｃのうち支点軸４の基端（第３部位）と受け枠１の底面１ｂとの間には第３圧電素子１２が設けられていると共に、第２の梃腕５ｃのうち支点軸４の基端（第４部位）と蓋体２の頂面２ｂとの間には第４圧電素子１３が設けられている。即ち、第１の梃腕５ｂのうち支点軸４の基端は第１圧電素子１０と第２圧電素子１１に挟まれており、第２の梃腕５ｃのうち支点軸４の基端は第３圧電素子１２と第４圧電素子１３に挟まれている。第１圧電素子１０と第２圧電素子１１と互いに逆位相で伸縮変形し、また第３圧電素子１２と第４圧電素子１３とは互いに逆位相で伸縮変形する。第１圧電素子１０と第４圧電素子１３とは同位相で伸縮変形し、第２圧電素子１１と第３圧電素子１２とは同位相で伸縮変形する。本例では、図４（ａ）に示す如く、装置全体が水平姿勢のとき、第１乃至第４圧電素子の収縮量ゼロのとき、シーソー板３は左右平衡状態である。
【００１９】
この振動装置においては、第１圧電素子１０及び第４圧電素子１３が伸長変形すると共に第２圧電素子１１及び第３圧電素子１２が収縮変形すると、第１の梃腕５ｂの基端が第１圧電素子１０により押動され、しかも第２の梃腕５ｃの基端が第４圧電素子１３により押動されると共に、第１の梃腕５ｂの基端から第２圧電素子１１が退き、また第２の梃腕５ｃの基端から第３圧電素子１２が退くため、図４（ｂ）に示す如く、シーソー板３は正の角加速度を以って時計方向に揺動し始めた後、ストッパー機能を果たす第２圧電素子１１及び第３圧電素子１２により回り止めされて負の角加速度を以って急停止する。逆に、第１圧電素子１０及び第４圧電素子１３が収縮変形すると共に第２圧電素子１１及び第３圧電素子１２が伸長変形すると、第１の梃腕５ｂの基端が第２圧電素子１１により押動され、しかも第２の梃腕５ｃの基端が第３圧電素子１２により押動されると共に、第１の梃腕５ｂの基端から第１圧電素子１０が退き、また第２の梃腕５ｃの基端から第４圧電素子１３が退くため、図４（ｃ）に示す如く、シーソー板３は正の角加速度を以って反時計方向に揺動し始めた後、ストッパー機能を果たす第１圧電素子１０及び第４圧電素子１３により回り止めされて負の角加速度を以って急停止する。このような第１圧電素子１０及び第４圧電素子１３と第２圧電素子１１及び第３圧電素子１２とが互いに逆位相での伸縮変形を繰返することにより、シーソー板３が正逆交互に揺動し、この反作用として受け枠１及び蓋体２が振動する。従って、本例でも第１実施例と同様な効果を奏する。特に本例では４つの圧電素子により振動力が増強する。
【００２０】
なお、上記実施例では電歪体として圧電素子を用いてあるが、これに限らず、高誘電体エラストマ，電気的活動性ポリマー，人工筋肉などを用いても良い。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は次の効果を奏する。
【００２２】
本発明はシーソー式振動装置であって、シーソー体の押動角が第１電歪体と第２電歪体とによりほぼ一義的に規制されているため、シーソー体の正逆交互の揺動周波数は第１電歪体と第２電歪体との伸縮変形の周波数に他励的に依存し、シーソー体自身の固有周波数とは無関係になるので、シーソー体の折損事故等を防止できる。また第１電歪体と第２電歪体の交互伸縮変形の周波数により振動周波数が一義的に決定できるので、振動装置の設計が容易となる。従って、電歪体を用いた振動装置の長寿命化・高信頼性を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係るシーソー式振動装置を示す分解斜視図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は同シーソー式振動装置の縦断面図である。
【図３】同シーソー式振動装置の圧電素子に印加する電圧を示す波形図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第２実施例に係るシーソー式振動装置の縦断面図である。
【符号の説明】
１…受け枠
１ａ…起立片
１ｂ…底面
２…蓋体
２ａ…側面
２ｂ…頂面
３…シーソー板
４…支点軸
５ａ…軸装部
５ｂ…第１の梃腕
５ｃ…第２の梃腕
５ｄ…第１の錘部
５ｅ…第２の錘部
６，１０…第１圧電素子
７，１１…第２圧電素子
１２…第３圧電素子
１３…第４圧電素子
Ａ，Ｂ…幅狭状切欠き
【図１】
2004025009.tif 000003
【図２】
2004025009.tif 000004
【図３】
2004025009.tif 000005
【図４】
2004025009.tif 000006