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技術 非音響用の振動発生装置及び電子機器

出願人 太陽誘電株式会社
発明者 石井茂雄富田隆浜田浩伊藤文久松井幸弘
出願日 2018年2月26日 (2年2ヶ月経過) 出願番号 2018-032402
公開日 2019年9月5日 (7ヶ月経過) 公開番号 2019-147084
状態 未査定
技術分野 機械的振動の発生装置 位置入力装置 デジタル計算機のユーザインターフェイス
主要キーワード 発泡系樹脂 ウェアラブル装置 質量要素 音響発生器 フォースフィードバック装置 音響発生装置 非鉛系圧電体 音響用
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重要な関連分野

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図面 (11)

課題

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。

概要

背景

圧電素子振動板枠体とからなる音響発生器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)。

概要

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。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。

目的

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

効果

実績

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請求項1

音響用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。

技術分野

0001

本発明は、非音響用振動発生装置及び電子機器に関する。

背景技術

0002

圧電素子振動板枠体とからなる音響発生器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

0003

特開2017−005537号公報

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。
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は、図3のQ部の拡大図である。
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。

実施例

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。

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

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