(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に長尺であり且つ互いに板面が平行に配置された一対の振動板梁部と、
前記一対の振動板梁部の間に支持されて前記板面に交差する保持面を有する錘保持部と、
前記保持面に保持される錘と、
前記振動板梁部の長手方向両端を支持して、前記振動板梁部と前記錘保持部と前記錘を囲む枠体と、
前記振動板梁部の板面に装着されて、その長手方向に沿って伸縮することで当該振動板梁部を板面と交差する方向に振動させる圧電素子とを備えることを特徴とする圧電振動アクチュエータ。
【請求項２】
前記圧電素子は、前記一対の振動板梁部の一方又は両方に装着されることを特徴とする請求項１記載の圧電振動アクチュエータ。
【請求項３】
前記圧電素子は、前記振動板梁部の片面又は両面に装着されることを特徴とする請求項１又は２記載の圧電振動アクチュエータ。
【請求項４】
前記錘保持部は、前記一対の振動板梁部のそれぞれに分割支持されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の圧電振動アクチュエータ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載された圧電振動アクチュエータを備える携帯電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子を用いた圧電振動アクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
振動アクチュエータは、携帯電子機器に内蔵され、着信やアラームなどの信号発生を振動によって携帯者に伝える装置として広く普及しており、携帯者が身につけて持ち運ぶウエアラブル電子機器においては、不可欠な装置になっている。また、振動アクチュエータは、タッチパネルなどのヒューマン・インターフェイスにおけるハプティクス（皮膚感覚フィードバック）を実現する装置として、近年注目されている。
【０００３】
振動アクチュエータの駆動部は、マグネットとコイルによって得られる電磁駆動力（ローレンツ力）を利用したものが多く提案されている。しかしながら、この電磁駆動式の振動アクチュエータは、一般に、可動子側に設けられるマグネットと固定子側に設けられるコイルとの接触を避けるための間隙や、十分な駆動力を得るためのコイルの巻き厚さが必要になるので、これらが振動方向と交差する方向に設けられることで、薄型化に様々な工夫が必要になる。
【０００４】
これに対して、圧電素子を駆動部に用いた圧電駆動式の振動アクチュエータは、電気信号の供給で振動力を発生する圧電素子を弾性変形する振動プレートに装着して、この振動プレートに錘を装着したものである（下記特許文献１参照）から、駆動部自体は板状に形成できるので、比較的簡易に薄型化が可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１２１６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の圧電駆動式振動アクチュエータは、振動プレートが一方向に長い板状体であって、長手方向の両端で支持された振動プレートの板面に、長手方向に沿って伸び縮みする圧電素子を装着して、振動プレートを板面に直交する方向に振動させている。この際、振動プレートに装着される錘は、振動プレートの中央部で固定され、振動プレートの長手方向に沿って延設される長尺な立体形状を有している。
【０００７】
このような圧電駆動式振動アクチュエータは、錘の重力方向と振動方向が一致する場合には比較的安定した駆動が可能になる。しかしながら、錘の重力方向と振動方向とが異なる場合には、振動プレートに錘の重力による捻りが加わることになり、圧電素子の伸縮による振動プレートの振動に対して、振動プレートに装着された錘の重力方向に沿った振れによる捻り振動が加わることになる。これによって、従来の圧電駆動式振動アクチュエータは、安定した振動が得られず、錘がケース内面に接触して異音を発生するなどの問題があった。
【０００８】
携帯電子機器は携帯状態によって様々な姿勢になるので、その機器内に装備される振動アクチュエータも様々な姿勢になり、携帯状態によっては錘の重力方向と振動方向とが異なる状態にもなり得る。このため、携帯電子機器に装備される圧電駆動式振動アクチュエータとして、安定した振動が得られ且つ異音が生じない装置が求められている。
【０００９】
本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、圧電駆動式の振動アクチュエータによって、薄型化を可能にすること、様々な姿勢になっても安定した振動が得られ且つ異音が発生しないこと、などが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このような目的を達成するために、本発明による圧電振動アクチュエータは、以下の構成を具備するものである。
一方向に長尺であり且つ互いに板面が平行に配置された一対の振動板梁部と、前記一対の振動板梁部の間に支持されて前記板面に交差する保持面を有する錘保持部と、前記保持面に保持される錘と、前記振動板梁部の長手方向両端を支持して、前記振動板梁部と前記錘保持部と前記錘を囲む枠体と、前記振動板梁部の板面に装着されて、その長手方向に沿って伸縮することで当該振動板梁部を板面と交差する方向に振動させる圧電素子とを備えることを特徴とする圧電振動アクチュエータ。
【発明の効果】
【００１１】
このような特徴を有する本発明の圧電振動アクチュエータは、前述した特徴を有することで、薄型化を可能にし、様々な姿勢になっても安定した振動が得られ且つ異音の発生を抑止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る圧電振動アクチュエータを示す分解斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る圧電振動アクチュエータの組み立て平面図（蓋枠を外した状態）である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る圧電振動アクチュエータの組み立て平面図（蓋枠を外した状態）である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る圧電振動アクチュエータの組み立て平面図（蓋枠を外した状態）である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る圧電振動アクチュエータを示す分解斜視図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る圧電振動アクチュエータの組み立て平面図（蓋枠を外した状態）である。
【図７】本発明の実施形態係る圧電振動アクチュエータを備えた携帯電子機器を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。各図における矢印のＸ方向が長手方向、Ｙ方向が振動方向、Ｚ方向が厚さ方向をそれぞれ示している。各図における共通部分には同一符号を付して重複説明を一部省略する。
【００１４】
図１及び図２は、本発明の実施形態に係る圧電振動アクチュエータを示している。圧電振動アクチュエータ１は、一対の振動板梁部１０Ａ，１０Ｂと、錘保持部１１と、錘１２と、枠体１３と、圧電素子１４とを備えている。
【００１５】
一対の振動板梁部１０Ａ，１０Ｂは、それぞれが一方向（図示Ｘ方向）に長尺であり、且つそれぞれの板面１０Ｓが互いに平行に配置されている。この振動板梁部１０Ａ，１０Ｂはそれぞれの長手方向両端が枠体１３に支持された板バネであって、弾性的な撓み振動で中央部が図示Ｙ方向に沿って振動するものである。
【００１６】
錘保持部１１は、一対の振動板梁部１０Ａ，１０Ｂの間に支持されて、振動板梁部１０Ａ，１０Ｂの板面１０Ｓに交差する保持面１１Ｓを有している。図示の例では、保持面１１Ｓは、振動梁部１０Ａ，１０Ｂの板面１０Ｓに直交し、その長手方向両端縁にＺ方向に立ち上がる壁面１１Ｐを備えている。
【００１７】
錘保持部１１は、その中央部に支持部１１Ａが設けられ、その支持部１１Ａが振動板梁部１０Ａ，１０Ｂの中央部に支持されている。錘保持部１１と一対の振動板梁部１０Ａ，１０Ｂは一枚の板材を加工することで一体に形成することができる。また、一対の振動板梁部１０Ａ，１０Ｂと錘保持部１１とを別部材で形成して、支持部１１Ａにて溶接などで接合してこれらを一体化してもよい。
【００１８】
錘１２は、錘保持部１１の保持面１１Ｓに保持される。錘１２は、タングステンなどの比重の高い金属で形成することができる。錘１２は、図示Ｘ方向に長く、図示Ｚ方向の厚さが薄厚な立体形状を有しており、図示Ｙ方向の幅が、中央部で大きく、両端部で小さくなっている。また、錘１２は、長手方向（図示Ｘ方向）の中央部に幅方向（図示Ｙ方向）に突出する固定部１２Ａが設けられており、その固定部１２Ａが振動板梁部１０Ａ，１０Ｂの中央部に取り付け固定されている。錘１２は、このように構成されることで、振動時に振動板梁部１０Ａ，１０Ｂに接触しにくい形態になっている。
【００１９】
枠体１３は、図示Ｘ方向に長く図示Ｚ方向に薄厚の枠であり、底面部１３Ａを有し、その周縁に側壁部１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ，１３Ｅを備えている。側壁部１３Ｂには、その両端部に振動板梁部１０Ａの両端部を支持する支持部１３Ｆが設けられ、側壁部１３Ｄには、その両端部に振動板梁部１０Ｂの両端部を支持する支持部１３Ｇが設けられる。ここで、支持部１３Ｆは、振動板梁部１０Ａの両端が固定される台状部であり、支持部１３Ｇは、振動板梁部１０Ｂの両端部に予め固定されたブラケット１０Ｆを固定する開口部である。
【００２０】
また、枠体１３は、蓋枠１３Ｘを備えている。蓋枠１３Ｘは、側壁部１３Ｂ〜１３Ｅの上端に外周縁を固定することで、振動板梁部１０Ａ，１０Ｂと錘保持部１１と錘１２を覆う構成になっている。
【００２１】
圧電素子１４は、図示の例では、振動板梁部１０Ａの板面１０Ｓに装着されて、その長手方向（図示Ｘ方向）に沿って伸縮することで振動板梁部１０Ａを板面１０Ｓと交差する方向に振動させる。圧電素子１４には、振動を得るための駆動電流が入力される。駆動電流は、振動板梁部１０Ａ，１０Ｂの弾性係数と錘１２の質量によって設定される共振周波数の交流電流とするのが好ましい。
【００２２】
このような圧電振動アクチュエータ１によると、錘１２は、錘保持部１１に接着などで強固に保持することができる。そして、錘１２は２箇所の固定部１２Ａで振動板梁部１０Ａ，１０Ｂの中央部に固定されることになる。また、錘１２の重心は一対の振動板梁部１０Ａ，１０Ｂの中心部の間に配置されることになる。これによって、錘１２は一対の振動板梁部１０Ａ，１０Ｂによって支持され、振動板梁部１０Ａ，１０Ｂの板面１０Ｓと交差する方向（図示Ｙ方向）に振動する。ここで、錘１２の重力方向は、圧電振動アクチュエータ１の姿勢によって様々に変化するが、錘１２の重力方向がどのように向いても、錘１２は一対の振動板梁部１０Ａ，１０Ｂの中間位置に支持されているので、錘１２の重力自体を一対の振動板梁部１０Ａ，１０Ｂのそれぞれの中央部に分散させることができ、錘１２の重力による振動板梁部１０Ａ，１０Ｂの捻れを左右に分散させることができる。これにより、振動板梁部１０Ａ，１０Ｂと錘１２の安定した振動を得ることができる。
【００２３】
また、錘１２の重力方向がどのような方向を向いても、振動方向（図示Ｙ方向）以外の錘１２の重力方向成分は、一対の振動板梁部１０Ａ，１０Ｂの剛性によって受け止められることになり、錘１２が振動方向（図示Ｙ方向）とは異なる方向に振れることを抑止することができる。これによって、錘１２が枠体１３に接触することで発生する異音を極力抑えることができる。
【００２４】
図３及び図４は、本発明の圧電振動アクチュエータ１の他の構成例を示してる。図３に示した例は、圧電素子１４が振動板梁部１０Ａ，１０Ｂのそれぞれに装着されている。振動板梁部１０Ａ，１０Ｂのそれぞれに装着された圧電素子１４には、振動板梁部１０Ａ，１０Ｂが同方向に同期して振動するように、駆動電流が入力される。図３に示した例は、平行に配置された振動板梁部１０Ａ，１０Ｂの左右対象位置（外側の板面１０Ｓ）にそれぞれ圧電素子１４が装着されているので、振動板梁部１０Ａ，１０Ｂを同方向に同期して振動させるためには、互いに逆位相の同期した交流電流が入力される。
【００２５】
図４に示した例は、圧電素子１４が、一つの振動板梁部１０Ａの表裏両面にそれぞれ装着されている。この場合も、２つの圧電素子１４によって振動板梁部１０Ａに加わる駆動力が同方向に同期して加わる必要があるので、２つの圧電素子１４は振動板梁部１０Ａの左右対称位置に装着され、それぞれの圧電素子１４には互いに逆位相の同期した交流電流が入力される。
【００２６】
図５及び図６は、本発明の圧電振動アクチュエータ１の他の構成例を示している。この例では、錘保持部１１は、一対の振動板梁部１０Ａ，１０Ｂのそれぞれに分割支持されている。錘保持部１１は、左右に分割された分割体１１Ｘ，１１Ｙを合わせることで構成されており、この分割体１１Ｘ，１１Ｙ内に錘１２が保持されている。分割体１１Ｘ，１１Ｙはそれぞれ保持面１１Ｓと壁面１１Ｐを備えており、一つの分割体１１Ｘ（１１Ｙ）が、錘１２の左右半分を抱き込むように保持する。これによって、錘保持部１１の分割体１１Ｘ，１１Ｙを介して錘１２を一対の振動板梁部１０Ａ，１０Ｂに一体化することができ、錘１２と振動板梁部１０Ａ，１０Ｂの振動を安定化することができる。
【００２７】
図７は、本発明の実施形態に係る圧電振動アクチュエータ１を装備した携帯電子機器の一例として、携帯情報端末１００を示している。安定した振動が得られ薄型化や幅方向のコンパクト化が可能な圧電振動アクチュエータ１を備える携帯情報端末１００は、通信機能における着信やアラーム機能などの動作開始・終了時を異音が発生しにくい安定した振動で使用者に伝えることができる。また、圧電振動アクチュエータ１の薄型化・幅方向のコンパクト化によって高い携帯性或いはデザイン性を追求した携帯情報端末１００を得ることができる。更に、圧電振動アクチュエータ１は、厚さを抑えた直方体形状の枠体１３内に各部を収容したコンパクト形状であるから、薄型化された携帯情報端末１００の内部にスペース効率よく装備することができる。また、圧電振動アクチュエータ１は、耐衝撃強度が高く、耐久性も高いので、高寿命且つ故障し難い携帯情報端末１００を得ることができる。
【００２８】
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１：圧電振動アクチュエータ，
１０Ａ，１０Ｂ：振動板梁部，１０Ｓ：板面，１０Ｆ：ブラケット，
１１：錘保持部，１１Ａ：支持部，１１Ｓ：保持面，１１Ｐ：壁面，
１１Ｘ，１１Ｙ：分割体，
１２：錘，１２Ａ：固定部，
１３：枠体，１３Ａ：底面部，１３Ｂ〜１３Ｅ：側壁部，
１３Ｆ，１３Ｇ：支持部，１３Ｘ：蓋枠，
１４：圧電素子，１００：携帯情報端末
【図１】
0006421090.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0006421090.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
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