(57)【要約】【課題】従来のエネルギー転換装置よりも好ましい音波或いは触覚振動効果を有するか、或いはエネルギー転換装置の製造工程を改善させるエネルギー転換モジュールを提供する。【解決手段】第一変換器及び第二変換器を含む。第一変換器は第一点より直接的或いは間接的に第一プレート部上に設置され、第二変換器は第一変換器の第二点に設置される。実施形態では、第二変換器上に設置される、少なくとも一つのマス・ブロックを更に含む。【選択図】図２Ａ
2013039016.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギー転換モジュールであって、
第一点より直接的或いは間接的第一プレート部上に設置される第一変換器と、
前記第一変換器の第二点に設置される第二変換器を含むことを特徴とするエネルギー転換モジュール。
【請求項２】
前記第一点及び前記第二点は前記第一変換器の二つの端点であることを特徴とする、請求項１に記載のエネルギー転換モジュール。
【請求項３】
前記第一点は前記第一変換器の非端点であり、前記第二点は前記第一変換器の端点であることを特徴とする、請求項１に記載のエネルギー転換モジュール。
【請求項４】
前記第一変換器は平面状を有することを特徴とする、請求項１に記載のエネルギー転換モジュール。
【請求項５】
前記第一変換器は曲面状を有することを特徴とする、請求項１に記載のエネルギー転換モジュール。
【請求項６】
前記第一点と前記第一プレート部の間に設けられる第一支持体を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載のエネルギー転換モジュール。
【請求項７】
前記第二変換器上に設置される少なくとも一つのマス・ブロックを更に含むことを特徴とする、請求項１に記載のエネルギー転換モジュール。
【請求項８】
前記マス・ブロックは前記第二変換器の上部表面、下部表面或いは側端に設置されることを特徴とする、請求項７に記載のエネルギー転換モジュール。
【請求項９】
第二プレート部と、
それの二端はそれぞれ至前記第一変換器及び前記第二プレート部に連結される第二支持体を更に含むことを特徴とする、請求項６に記載のエネルギー転換モジュール。
【請求項１０】
前記第一プレート部或いは前記第二プレート部はスクリーン、タッチパネル、フレーム、基板或いはハウジングであることを特徴とする、請求項９に記載のエネルギー転換モジュール。
【請求項１１】
前記第一変換器で使用されるスマートマテリアルは圧電材料、電場応答性高分子（EAP）、形状記憶合金（SMA）或いは磁歪材料（magnetostrictive）であることを特徴とする、請求項１に記載のエネルギー転換モジュール。
【請求項１２】
前記圧電材料はチタン酸ジルコン酸鉛（PZT）であることを特徴とする、請求項１１に記載のエネルギー転換モジュール。
【請求項１３】
前記第二変換器で使用されるスマートマテリアルは圧電材料、電場応答性高分子（EAP）、形状記憶合金（SMA）、磁歪材料（magnetostrictive）、ボイスコイルモータ（voice coil motor）、偏心回転モータ（ERM motor）或いはリニア共振アクチュエータ（LRA）であることを特徴とする、請求項１に記載のエネルギー転換モジュール。
【請求項１４】
前記第一変換器或いは第二変換器は、
導電層と、
前記導電層の上部表面に形成される少なくとも一つの第一スマートマテリアル層と、
前記第一スマートマテリアル層の上部表面に形成される少なくとも一つの第一電極層を含むことを特徴とする、請求項１に記載のエネルギー転換モジュール。
【請求項１５】
前記導電層は金属板であることを特徴とする、請求項１４に記載のエネルギー転換モジュール。
【請求項１６】
前記第一変換器或いは第二変換器は、
前記導電層の下部表面に形成される少なくとも一つの第二スマートマテリアル層と、
前記第二スマートマテリアル層の下部表面に形成される少なくとも一つの第二電極層を更に含むことを特徴とする、請求項１４に記載のエネルギー転換モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変換器（transducer）に関し、より詳しくは、変換器を使用して音波或いは触覚振動を発生させるエネルギー転換モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
変換器はあるエネルギー形態を他のエネルギー形態へと転換させるエネルギー転換装置であり、最もよく見かけるのは例えばモーター或いは発電機等の電気機械式の変換器であり、モーターは入力された電気エネルギーを電磁誘導により機械的エネルギーとして出力させ、一般的なモーターは回転運動方式で機械的エネルギーを出力させ、例えば有直流整流子電動機、サーボモーター、ステッピングモーター等があり、その他のものは比較的少ないが例えばリニアモーターがあり、これは入力された電気エネルギーを直線運動へと直接転換させて出力させる。
もしエネルギーの転換方向を変更させたいならば、入力された機械エネルギーを電気エネルギーへ転換させて出力させ、このような装置は発電機と呼称され、よくある発電機の形式として電力システムに使用される単相交流或いは三相交流発電機がある。
このほか、変換器の設計にあったてはスマートマテリアル（smart material）を採用し、よくあるスマートマテリアルとしては例えば圧電材料（piezoelectric material）、電場応答性高分子（Electro-Active Polymer、 EAP）、形状記憶合金（Shape Memory Alloy、 SMA）、磁歪材料（Magnetostrictive Material）、電歪材料（Electrostrictive Material）等がある。
【０００３】
図１は従来エネルギー転換装置であり、このうち変換器10は通常圧電材料により実現され、例えばユニモルフ（unimorph）、バイモルフ（bimorph）、或いはマルチモルフ（multimorph）があり、これは逆圧電効果（Reverse Piezoelectric Effect）の特性を利用して入力された電気信号を機械的運動に転換させて出力させる。
一般的に用いられる圧電気結晶の形状は矩形或いは円形（圧電ブザー製作に常用される）をしており、但し他の形式を呈するものもあり、実際に応用される情況をみて決定される。
もし出力されるエネルギー量の大小を性能の指標とするなら、マルチモルフが最良で、次点でバイモルフ、ユニモルフが最低となる。
もしコストを指標とするなら、圧電気結晶の価格と圧電材料の積層数は正相関し、このためもし性能に対する要求が高くなければ、コストを考慮し通常はユニモルフが使用される。
【０００４】
図１は従来の振動伝搬装置（Vibration Propagation Device）の構造を示し、弾性変換器10を駆動させることで、変換器10の震動エネルギーは粘着部材12を経由し上部ハウジング14へ伝搬され音波（acoustic wave）或いは触覚フィードバック（haptic feedback）を発生させる。
よくある従来の方法では変換器を粘着或いは鎖錠等の方式により上部ハウジング14下方に固定させ、震動エネルギーを直接変換器10を経由させ上部ハウジング14へ伝搬させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、一般に用いられる変換器10の材料は、その端部或いは縁側の振幅及び出力が制限され、これが伝搬可能な震動エネルギーを制限させ、それが触覚フィードバックの触感反応を不明瞭にさせたり、或いは上部ハウジング14が発生させる音圧（Sound Pressure Level、 SPL）を低過ぎたりさせた。
このため、慣性エネルギー量を増加させる為の新たなエネルギー転換モジュールを提供する必要に迫られている。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたものである。
上記課題解決のため、本発明は、従来のエネルギー転換装置に比べて好ましい音波或いは触覚振動効果を有するか、或いはエネルギー転換装置の製造工程を改善させるエネルギー転換モジュールを提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るエネルギー転換モジュールは第一変換器及び第二変換器を含む。
第一変換器は第一点より直接的或いは間接的に第一プレート部上に設置され、第二変換器は第一変換器の第二点に設置されることを特徴とする。
また、実施形態では、第二変換器上に設置される少なくとも一つのマス・ブロックを更に含む。本発明に係る実施形態では振動と振幅を増加させることで、伝搬される慣性力を高め、或いは共鳴モード（resonant mode）を調整させる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、好ましい音波或いは触覚振動効果を有するか、或いはエネルギー転換装置の製造工程を改善させるエネルギー転換モジュールが得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】従来のエネルギー転換装置である。
【図２Ａ】本発明に係る実施形態の各種エネルギー転換モジュールの断面図である。
【図２Ｂ】本発明に係る実施形態の各種エネルギー転換モジュールの断面図である。
【図２Ｃ】本発明に係る実施形態の各種エネルギー転換モジュールの断面図である。
【図２Ｄ】本発明に係る実施形態の各種エネルギー転換モジュールの断面図である。
【図２Ｅ】本発明に係る実施形態の各種エネルギー転換モジュールの断面図である。
【図２Ｆ】本発明に係る実施形態の各種エネルギー転換モジュールの断面図である。
【図２Ｇ】本発明に係る実施形態の各種エネルギー転換モジュールの断面図である。
【図３Ａ】本発明に係る実施形態の各種エネルギー転換モジュールの断面図である。
【図３Ｂ】本発明に係る実施形態の各種エネルギー転換モジュールの断面図である。
【図３Ｃ】本発明に係る実施形態の各種エネルギー転換モジュールの断面図である。
【図４Ａ】第一変換器と第二変換器の詳細な断面図である。
【図４Ｂ】第一変換器と第二変換器の他の詳細な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
【００１１】
本発明の実施形態に係るエネルギー転換モジュールの、図２Ａは本発明に係る実施形態のエネルギー転換モジュール（transducer module）の断面図である。本実施形態では、エネルギー転換モジュールは電気エネルギーを機械的エネルギーへ転換する為に用いられ、但しこの限りではない。本実施形態のエネルギー転換モジュールは主に第一変換器（transducer、標示はP）21及び第二変換器（標示はＰ’）23を含む。第一変換器21は第一点21Aより第一プレート部25A上に設置され、第二変換器23は第一変換器21の第二点21Bに設置される。第一変換器21と第二変換器23の間には絶縁部材（図示せず）を使用して隔絶させても良い。
【００１２】
まず、本発明のエネルギー転換モジュールの第１実施形態について説明する。
【００１３】
（第１実施形態）
図２Ａによると第一変換器21は平面状を有するが、但し他の形状でもよい。例えば、図２Ｂは他のエネルギー転換モジュールの断面図であり、その第一変換器21は曲面状を有する。上述の第一変換器21の第一点21A及び第二点21Bは二つの端点となるが、但しこの限りではない。例えば、図２Ｃは他のエネルギー転換モジュールの断面図であり、これは非端点の第一点21Aより第一プレート部25A上に設置される。図２Ｄは他のエネルギー転換モジュールの断面図であり、その第一変換器21は非端点（例えば中点）を第一点21Aとし第一プレート部25A上に設置され、少なくとも一つの端点は少なくとも一つの第二変換器23を設置させる。
【００１４】
図２Ａの第一変換器21は第一点21Aより直接的に第一プレート部25A上に設置され、然しながら、例えば図２Ｅによると、第一支持体27Aにより間接的に第一プレート部25A上に設置される。言い換えるならば、第一支持体27Aの二端は第一プレート部25A及び第一変換器21にそれぞれ連結される。同じような状況で、図２Ｄの第一変換器21は非端点（例えば中点）の第一点21Aより直接的に第一プレート部25A上に設置され、然しながら、例えば図２Ｆによると、第一支持体27Aにより間接的に第一プレート部25A上に設置される。第一変換器21が端点の第一点21Aより間接的に第一プレート部25A上（図２Ｅ）に設置されるか、或いは非端点の第一点21Aより第一プレート部25A上（図２Ｆ）に設置されるかに拘らず、本発明に係る実施形態では第二支持体27B及び第二プレート部25Bを更に含み、例えば図２Ｇによると、第二支持体27Bの二端は第一変換器21及第び二プレート部25Bにそれぞれ連結される。
【００１５】
上述の各種エネルギー転換モジュールは、第二変換器23上に少なくとも一つのマス・ブロック（標示はM）29を更に設置させる。以下の説明では図２Ａを例にとるが、然しながら、図２Ｂ乃至図２Ｇも同様に適用される。
【００１６】
次は、本発明のエネルギー転換モジュールの第２実施形態について説明する。
【００１７】
（第２実施形態）
図３Ａは本発明に係る実施形態のエネルギー転換モジュールの断面図であり、マス・ブロック29は第二変換器23の上部表面に設置される。図３Ｂは本発明に係る他のエネルギー転換モジュールの断面図であり、マス・ブロック29は第二変換器23の下部表面に設置される。図３Ｃは本発明に係るまた他のエネルギー転換モジュールの断面図であり、マス・ブロック29は第二変換器23の側端に設置される。
【００１８】
上述の図２Ａ乃至図２Ｇ及び図３Ａ乃至図３Ｃのエネルギー転換モジュールによると、第一変換器21が電気エネルギーを受けて駆動される場合、振動及び慣性エネルギー量を発生させ、第一プレート部25Aへ伝搬させて、第一プレート部25Aを振動させて空気を連動させ、音波（acoustic wave）或いは触覚フィードバック（haptic feedback）を発生させる。第一変換器21が電気エネルギーを受けて駆動される場合、第二変換器23を選択し駆動させて更に大きな振動及び慣性エネルギー量を発生させ、第一プレート部25Aへ伝搬させて、更に強烈な音波或いは更に強烈な触覚フィードバックを発生させ、または共鳴モード（resonant mode）の調整の選択を拡げ、若しくは第一変換器21の両端の振幅を増加させ、伝搬される慣性力を増加させる。第一変換器21と第二変換器23が電気エネルギーを受けて駆動される場合、マス・ブロック29の使用を選択させ第二変換器23の慣性質量を増加させ、或いは共鳴モードを調整させる。図１の従来のエネルギー転換装置と比較し、本実施形態のものは好ましい音波或いは触覚振動効果を有する。以下に図２Ａ乃至図２Ｇ及び図３Ａ乃至図３Ｃの各種エネルギー転換モジュールの各構成部材を詳述する。
【００１９】
本実施形態では、部分的に、或いは全ての構成部材の製造はモジュール形態で行われ、迅速な組み立てが可能となる。例えば、第一変換器21及び第二変換器23の製造はモジュールで行われ、或いは第一変換器21と第二変換器23及びマス・ブロック29の製造はモジュールで行われ、更には第一支持体27A、第二支持体27B、第一プレート部25A及び／或いは第二プレート部25Bや他の構成部材も製造はモジュールで行われる。本実施形態の各構成部材間の設置方式には一体成型、接着、鎖錠、螺着或いは他の技術がが用いられる。第一プレート部25A或いは第二プレート部25Bはスクリーン、タッチパネル、フレーム（frame）、基板或いはハウジング（housing）である。第一支持体27A或いは第二支持体27Bは中空或いは中空ではなく、形状は筒状、柱状或いは他の形状であり、数量は一つ或いは一つより多くてもよい。マス・ブロック29は各種形状の各種材質を使用し、例えば高密度材質（例えば金属）或いは高ヤング率（Young’s modulus）の材質（例えば酸化ジルコニウム）等である。
【００２０】
本実施形態では、第一変換器21で使用されるスマートマテリアルは圧電（piezoelectric）材料（例えばチタン酸ジルコン酸鉛（lead zirconate titanate、PZT））、電場応答性高分子（electroactive polymer、EAP）、形状記憶合金（shape memory alloy、 SMA）或いは磁歪材料（magnetostrictive material）であり、但しこれらに限定されるわけではない。第二変換器23の材質には第一変換器21の材質が使用されるか、或いはボイスコイルモータ（voice coil motor）、偏心回転モータ（eccentric rotating mass (ERM) motor）ないしはリニア共振アクチュエータ（linear resonant actuator、 LRA）が使用される。
【００２１】
次は、本発明のエネルギー転換モジュールの第３実施形態について説明する。
【００２２】
（第３実施形態）
図４Ａは第一変換器21或いは第二変換器23の詳細な断面図である。第二変換器23を例にとると、導電層230、第一スマートマテリアル層231A及び第一電極層232Aを含む。第一スマートマテリアル層231Aは導電層230の上部表面に形成され、第一スマートマテリアル層231Aの上部表面には第一電極層232Aが塗布される。導電層230及び第一電極層232Aはそれぞれ第一スマートマテリアル層231Aの駆動に必要なダイノードとなり、また導電層230は実施の上では導電性の薄膜層材料(例えば電極層)或いは板状材料(例えば金属板)となり、導電層230が金属板の場合、第二変換器23の靭性、耐用性を強化させて、慣性エネルギー量を増加させ、音波或いは触覚フィードバックを発生させる。図４Ａの第二変換器23は単層の第一スマートマテリアル層231Aが使用されており、これにより一般的にもし圧電材料として採用されるならば、ユニモルフ（unimorph）と呼ばれる。このほか、実施の上で、第二変換器23は二層或いは多層の第一スマートマテリアル層231Aを採用し、従来の多層／積層(multi-layers)圧電気結晶を形成させる。
【００２３】
次は、本発明のエネルギー転換モジュールの第４実施形態について説明する。
【００２４】
（第４実施形態）
図４Ｂは他の第一変換器21或いは第二変換器23の詳細な断面図である。第二変換器23を例にとると、導電層230、第一スマートマテリアル層231A、第一電極層232A、第二スマートマテリアル層231B及び第二電極層232Bを含む。第一スマートマテリアル層231Aは導電層230の上部表面に形成され、第一スマートマテリアル層231Aの上部表面には第一電極層232Aが塗布される。第二スマートマテリアル層231Bは導電層230の下部表面に形成され、第二スマートマテリアル層231Bの下部表面には第二電極層232Bが塗布される。導電層230は第一スマートマテリアル層231A及び第二スマートマテリアル層231Bの共通電極となり、第一電極層232A及び第二電極層232Bはそれぞれ第一スマートマテリアル層231A及び第二スマートマテリアル層231Bの駆動に必要な電極となる。図４Ｂの第二変換器23は二層の第一スマートマテリアル層231A及び第二スマートマテリアル層231Bが使用されており、これにより一般的にもし圧電材料として採用されるならば、バイモルフ（bimorph）と呼ばれる。このほか、実施の上で、第二変換器23の少なくとも一つの側辺には二層或いは多層の第一スマートマテリアル層231Aが採用され、従来の多層／積層(multi-layers)圧電気結晶が形成される。
【００２５】
上述の実施形態は本発明の技術思想及び特徴を説明するためのものにすぎず、当該技術分野を熟知する者に本発明の内容を理解させると共にこれをもって実施させることを目的とし、本発明の特許請求の範囲を限定するものではない。従って、本発明の精神を逸脱せずに行う各種の同様の効果をもつ改良又は変更は、後述の請求項に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００２６】
１０      変換器
１２      粘着部材
１４      上部ハウジング
２１      第一変換器
２１Ａ    第一点
２１Ｂ    第二点
２３      第二変換器
２３０    導電層
２３１Ａ  第一スマートマテリアル層
２３１Ｂ  第二スマートマテリアル層
２３２Ａ  第一電極層
２３２Ｂ  第二電極層
２５Ａ    第一プレート部
２５Ｂ    第二プレート部
２７Ａ    第一支持体
２７Ｂ    第二支持体
２９      マス・ブロック
Ｐ        第一変換器
Ｐ’      第二変換器
Ｍ        マス・ブロック
【図１】
2013039016.tif 000003
【図２Ａ】
2013039016.tif 000004
【図２Ｂ】
2013039016.tif 000005
【図２Ｃ】
2013039016.tif 000006
【図２Ｄ】
2013039016.tif 000007
【図２Ｅ】
2013039016.tif 000008
【図２Ｆ】
2013039016.tif 000009
【図２Ｇ】
2013039016.tif 000010
【図３Ａ】
2013039016.tif 000011
【図３Ｂ】
2013039016.tif 000012
【図３Ｃ】
2013039016.tif 000013
【図４Ａ】
2013039016.tif 000014
【図４Ｂ】
2013039016.tif 000015