JP2006116399A - 撓み振動型エキサイタ - Google Patents

Abstract

【課題】撓み振動用のビームをケースに収容した構造の撓み振動型エキサイタにおいて、ビームとケース内壁面との上下・左右の間隔が均等になるように、ビームを保持可能な構造を実現する。
【解決手段】本発明の撓み振動型エキサイタは、板状体の上に圧電体層および電極層の積層構造が形成されたビーム( b1,b2 ) と、各ビームを保持する保持機構と、各ビームの電極層に励振電力を供給する給電端子( t1,t2 ) とを備えている。そして、保持機構は、ビームの一端部分または中央部分を保持する保持体( B ) と、この保持体と結合されて各ビームの先端側を収容するケース( C ) とから構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯用の電話機などの小型端末機器などに利用される撓み振動型エキサイタに関するものである。

従来、バイモルフ型やモノモルフ型などの撓み振動型エキサイタが開発されてきた。例えば、シムと称される金属板の片面に圧電体層を形成したビームの中央部分を保持体に接着固定し、この圧電体層の厚み方向に交流の信号電圧を印加することによってその長手方向への伸縮を行わせ、これによってビームに撓み振動を励振するユニモルフ形式の撓み振動型エキサイタが知られている。圧電体層を金属板の表裏両面に形成したバイモルフ型の撓み振動型エキサイタも知られている（特許文献１）。

本出願人の先願に係わる特願２００４−２６３３９９号（特許文献２）には、金属板などの板状体の表裏両面に圧電体層と電極層との積層構造が形成されたビームの一端部分をケースの内部に保持する構造のバイモルフ型撓み振動型エキサイタが開示されている。すなわち、図１７の断面図に示すように、２本のビームｂ１，ｂ２がケースＣの内部に収容され、各ビームの一端部分が接着剤層ｆを介在させながらケースＣの内部に保持された構造を有する。

図１８は、図１７のビームｂ１，ｂ２の根元部分を拡大して示す断面図であり、各ビームｂ１，ｂ２は、金属製の板状体のシムｓと、このシムの表裏両面上に圧電体層と金属電極層とが交互に何層かにわたって積層された積層部分ｐとから構成されている。各ビームには、信号入力端子ｔ１，ｔ２を通して交流信号が供給され、積層された圧電体層がビームの長手方向に伸縮し、ビームに撓み信号が励振される。

この撓み振動型エキサイタは、ビームがケースの内部に収容されているので、組み立て中に作業者のミスによってもろい圧電体の層が破損したり、塵埃が付着して特性が劣化することが回避される。また、給電端子ｔ１，ｔ２がケースＣに形成されているので、特許文献１のエキサイタのように、ビームへの配線が複雑になったり、振動に影響を与えるという問題が生じない。

図１７に示すように、ケースＣの各ビームに対向する内壁面は、各ビームに過大な撓み振動が発生した時に各ビームの表面とその長手方向の複数の個所において接触するような緩やかな曲面を形成している。このような、過大な撓み振動がビームに発生する場合としては、この撓み振動型エキサイタをスピーカとして内蔵する携帯電話機などの小型携帯機器が誤って床面に落下した場合などが想定されている。

特表２００３−５２０５４０号公報（図９） 特願２００４−２６３３９９号公報（図１，図２）

図１７と図１８に示した構造の撓み振動型エキサイタでは、２本のビームｂ１，ｂ２をケースの内部に保持するために、樹脂を素材とするケースＣを三つの部分Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３（図１８）に分割して製造し、これらの間に２本のビームを挟み込みながら図示しないネジ機構などを用いて手作業で組み立てる構造となっている。このため、ビームとケースが平行状態からずれたり、ビームの位置が上下方向にずれたりすると、ビームの上下各面とそれぞれに対抗するケースの内壁面との間隔が不ぞろいになる。この結果、予定よりも小さな撓みの状態で、ビームの表面がケースの内壁面の接近している側に接触してしまい、特性が劣化するという問題がある。

上記従来技術の課題を解決する本発明の撓み振動型エキサイタは、保持機構がビームの一端部分または中央部分を保持する保持体と、この保持体と結合されてビームの先端部分を収容するケースとから構成されている。

本発明の撓み振動型エキサイタでは、第１に、ビーム全体がケースの内部に収容されるので、組み立て中の作業者のミスによりもろい圧電体層が破損したり、塵埃の付着により特性が劣化したりする事態が回避される。

第２に、保持体とケースとが別個に製造され、双方の嵌合と接着などとによって結合される構成であるから、ビームとケースの平行状態からの角度のずれや、ビームの上下方向の位置のずれが生じにくくなり、ビームの上下の面とケースの内壁面との間隔が均等になる。この結果、予定の大きさの過大な撓み振動が生ずるまでは、ビームとケースの内壁面との接触は生ぜず、特性の劣化は回避される。

本発明の一つの好適な実施の形態によれば、保持体はビームの一端部分または中央部分と共にインサート成形が行われる樹脂によって形成されることにより、組み立ての工程と労力を省くと同時に、再現性のよい寸法精度を実現するように構成されている。

本発明の他の好適な実施の形態によれば、ビームの表裏両面に形成される圧電体のキュリー点よりも十分に低い100 °C 以下の低温で行われることにより、圧電体の特性の劣化が回避されるように構成されている。

図１は、本発明の一実施例の撓み振動型エキサイタの構成を示す分解斜視図であり、ｂ１，ｂ２はビーム、Ｂは保持体、Ｃはケースである。保持体Ｂは、２本のビームｂ１，ｂ２の一端部分と共に樹脂をインサート成形することによって形成される。このインサート成形は、ビームの表裏両面に形成される圧電体層のキュリー点の半分ほどの100 °C 前後の低温で行われる。保持体Ｂに保持されたビームｂ１，ｂ２をケースＣの内部に形成された概ね矩形状の空洞内に挿入しながら、接着剤を塗布した保持体Ｂの先端面をケースＣの根元側端面に突き当てる。そして、両端面を接着固定することにより、保持体ＢとケースＣとを結合する。この作業は平坦面上で行われる。

図２は、保持体ＢとケースＣとを結合した撓み振動型エキサイタの根元部分を示す断面図である。図１７に示したものと同様に、ビームｂ１，ｂ２はその全長にわたってケースＣの内部に完全に収容されている。組み立ての際に、平坦面上に整列せしめられる保持体Ｂ，ケースＣのそれぞれの底面と、これらの底面に直交する保持体Ｂの先端面とケースＣの背面とが密着せしめられることにより、ケースＣとビームｂ１，ｂ２の平行性と位置決めの精度とが確保される。

さらに、ケースＣのビームｂ１，ｂ２に対向する内壁面は、図１７に示したものと同様に、各ビームに過大な撓み振動が発生した時に各ビームの表面とその長手方向の複数の個所において接触するような緩やかな曲面を形成している。

図１０は、インサート成形前のビームｂ１の構造を示す平面図であり、図１１は図１０のＡ−Ａ’断面図である。図１１を参照すると、ステンレス鋼などを素材とする金属製のシムｓの表裏両面上に電極層ｅ０，ｅ１，ｅ２，ｅ３と、圧電体層ｐ１，ｐ２，ｐ３が順次積層されている。シムｓの表面に接触する接地電極層ｅ０には、接地端子ｔ２（図１，図２）からシムｓの幅が狭められた根元部分を通して接地電位が供給される。この接地電極層ｅ０は、第１層、第２層の圧電体層ｐ１，ｐ２の端面上に形成された金属層を介して第２層、第３層の接地電極層ｅ２に接続されている。

最上層の電極層ｅ３は、第３層、第２層の圧電体層ｐ３，ｐ２の端面上に形成された金属層を介して第１層，第２層の電極層ｅ１に接続されている。表裏両面に形成された最上層の電極層ｅ３は、保持体Ｂの背面に形成された２個の端子挿入孔ｈに差し込まれる端子ｔ１（図１）の先端部に形成された弾力性のバネ板の間に挟みこまれる。これにより、表裏両面に形成された最上層の電極層ｅ３に、端子ｔ１を通して音声帯域の交流信号が供給される。

第１層の圧電体層ｐ１には、下方（シムｓに近い側）に接地電位が供給され、上方（シムｓから遠い側）に端子ｔ１から交流信号が供給される。同様に、第３層の圧電体層ｐ３には、下方に接地電位が供給され、上方に交流電圧が供給される。これとは逆に、第２層の圧電体層ｐ２には、下方に交流信号が供給され、上方に接地電位が供給される。そして、第２層の圧電体層ｐ２には、第１層，第３層の圧電体層ｐ１，ｐ２の場合とは上下が逆転する電歪の極性が予め与えられている。

この結果、第１，第２，第３層の圧電体層ｐ１，ｐ２，ｐ３は、信号入力端子ｔ１に印加される交流信号によって、同一方向に互いに強め合うように伸縮する。このように、積層された複数の圧電体層の端部で、同一極性の複数の電極層が互いに連結される構造とすることにより、１本のビームにおいて、１対の交流信号入力端子ｔ１と接地端子ｔ２を通して各ビームの複数の圧電体層を同一方向に伸縮させることが可能になり、信号電圧の供給機構の構成が大幅に簡略化されると共に、信頼性も大幅に向上する。

図１０と図１１を参照すると、ビームの積層構造の保持部側の端部において、シムｓに半円状の切り欠きｑが形成されている。この切り欠きｑは、圧電体層の端面上にスクリーン印刷などによって形成される電極層のダレが、隣接する逆極性の電極層と接触し、短絡事故が起こす事態を回避するために形成される。このダレは、上下の同極性の電極層を接続するために、圧電体層の端面に沿って電極層を延長する際に、不要な延長部分として形成される。

図１１に示す例では、最上層の電極層ｅ３と第１層の電極層ｅ１とを接続するために、圧電体層ｐ３，ｐ２の端面に導電材料の塗布などによって形成した金属層に、第１の圧電体層ｐ１の端面とその底面にまで延長された不要なダレが生じている。このような状況下で、開口ｑが形成されていないと、このダレの部分が接地電位に保たれるシムｓの表面と接触し、短絡状態となる。このように開口ｑを形成することにより、短絡事故の発生を有効に回避することができる。

再び図２を参照すると、保持体Ｂの先端面に段部ｇが形成されている。この段部ｇは、ケースＣの内壁面に形成された滑らかな曲面を静止状態のビームｂ１，ｂ２に平行な100 ミクロン以下の一定の深さの溝で切り欠いた形状を呈している。本実施例では、この溝の深さは、80ミクロンの値に設定されている。このような段部ｇが形成されたことにより、信号端子ｔ１，ｔ２から供給される電気信号によってビームｂ１，ｂ２が撓み振動を行う通常動作時に、ビームｂ１，ｂ２がケースｃの段部ｇの内壁面に接触して音質を劣化させるという問題が回避される。

図３は、本発明の他の実施例の撓み振動型エキサイタの構成を示す分解斜視図であり、ｂ１，ｂ２はビーム、Ｂは保持体、Ｃはケースである。保持体Ｂは、２本のビームｂ１，ｂ２の一端部分と共に樹脂を100 °C 前後の低温でインサート成形することによって形成される。保持体Ｂの外壁面に接着剤を塗布したのち、保持中のビームｂ１，ｂ２をケースＣの内部に形成された空洞に挿入しながら保持体Ｂ自体も根元側に形成された概ね矩形状の空洞内に挿入することにより、保持体ＢとケースＣとを嵌合と接着によって結合する。

保持体Ｂの背面には、２本のビームのそれぞれに対応して端子挿入用の上下に隣接した２個の開口ｈが形成されている。各ビームに対応して形成された２個の開口ｈのそれぞれに端子ｔ１の上下のバネ板部分が挿入される。この端子ｔ１の先端部分に形成されたバネ板は、ビームの表裏両面に形成された最上層の電極層を上下から挟むことによりこれら最上層の電極層に接触する。

図４は、保持体ＢとケースＣとを結合した撓み振動型エキサイタの根元部分を示す断面図である。ビームｂ１，ｂ２は、図１７に示した先行技術のものと同様に、その全長にわたってケースＣによって完全に覆われている。さらに、ケースＣのビームｂ１，ｂ２に対向する内壁面は、図１７に示した先行技術のものと同様に、各ビームに過大な撓み振動が発生した時に各ビームの表面とその長手方向の複数の個所において接触するような緩やかな曲面を形成している。ビームｂ１，ｂ２の圧電体層と電極層との構造は、図１０と図１１示したものと同様である。

図５は、本発明のさらに他の実施例の撓み振動型エキサイタの構成を示す分解斜視図であり、ｂ１，ｂ２はビーム、Ｂ１，Ｂ２は保持体、Ｃはケースである。二つの部分に分離された保持体Ｂ１，Ｂ２は、対応のビームｂ１，ｂ２の一端部分と共に樹脂を100 °C 前後の低温でインサート成形することによって形成される。保持体Ｂ１，Ｂ２の外壁面に接着剤を塗布したのち、保持中のビームｂ１，ｂ２をケースＣの内部に形成された空洞に挿入しながら保持体Ｂ１，Ｂ２自体も根元側に形成された概ね矩形状の対応の空洞内に挿入することにより、保持体Ｂ１，Ｂ２とケースＣとを嵌合と接着によって結合する。端子ｔ１は、保持体Ｂ１，Ｂ２のそれぞれに形成された溝Ｖに嵌め合わせられることにより、各ビームの表裏両面に形成された最上層の電極層に接触せしめられる。

図６は、保持体Ｂ１，Ｂ２とケースＣとを結合した撓み振動型エキサイタの根元部分を示す断面図である。ビームｂ１，ｂ２は、図１７に示したものと同様に、その全長にわたってケースＣによって完全に覆われている。さらに、ケースＣのビームｂ１，ｂ２に対向する内壁面は、図１７に示したものと同様に、各ビームに過大な撓み振動が発生した時に各ビームの表面とその長手方向の複数の個所において接触するような緩やかな曲面を形成している。ビームｂ１，ｂ２の圧電体層と電極層との構造は、図１０と図１１に示したものと同様である。

図７は、図５と図６に示した実施例の撓み振動型エキサイタを、図６においてビームｂ１の中心を通る水平面で切断した状態を示す断面図である。ｑはシムに形成された開口である。ケースＣは、軽量化を図ると同時にビームの接触を防ぐためために、先端部分の厚みが減少せしめられる。ケースＣの大きな厚みの根元部分の外下壁に窪みを形成し、ここに樹脂注入の際の注入孔を配置する構成とすることができる。このようにすると、注入孔を取り外した跡にできる突起部分がケースの外側に突出する不都合を回避することができる。

図８と図９は、図５と図６に示した実施例の撓み振動型エキサイタにおいて、保持体とケースの形状を変更した他の実施例の斜視図と水平切断断面図である。図８と図９に示すように、ビームを保持する保持体の横幅はビームの横幅と一致するように、左右が切断されている。この保持体の横幅が低減せしめられた分、ケースＣの横幅も低減され、エキサイタ全体と細身になっている。この種の撓み振動型エキサイタは、携帯電話機など極めて小型の電子機器に内蔵されるため、細身であることにより実装密度が向上するという利点は大きい。

図１２は、ケースの内壁面の形状に関する本発明の他の実施例の構成を示す部分断面図である。この実施例では、ビームｂ１に対向するケースＣの内壁面が適宜なステップの階段形状を呈している。落下時にビームｂ１に加えられる大きな衝撃力などによってビームｂ１に過大な撓みが発生すると、ケースＣの階段形状の内面の複数の角の部分にビームｂ１の対向面が接触する。その結果、ビームｂ１のそれ以上の撓みが阻止され、その破壊が防止される。

図１３は、ケースＣの内壁面の形状に関する本発明の更に他の実施例の構成を示す部分断面図である。この実施例では、ビームｂ１に対向するケースＣの内面が適宜なステップの階段形状を呈すると共に、この内面にはビームｂ１の幅方向に延長される複数の矩形断面の溝がビームｂ１の長手方向に沿って離散的に形成されている。落下時にビームｂ１に加えられる大きな衝撃力などによってビームｂ１に過大な撓みが生ずると、ケースＣの溝で切り欠かれた階段形状の内面の複数の角の部分にビームｂ１の対向面が接触する。その結果、ビームｂ１のそれ以上の撓みが阻止され、その破壊が防止される。

図１４は、ケースＣの内壁面の形状に関する本発明の更に他の実施例の構成を示す部分断面図である。この実施例では、ビームｂ１に対向するケースＣの内壁面が適宜なステップの階段形状を呈すると共に、この内面にはビームｂ１の幅方向に延長される複数のＶ字断面の溝がビームｂ１の長手方向に沿って離散的に形成されている。ビームｂ１に過大な撓みが生ずると、ケースＣの溝で切り欠かれた階段形状の内面の複数の角の部分にビームｂ１の対向面が接触し、その過大な撓みによる破壊が防止される。

図１５は、ケースＣの内壁面の形状に関する本発明の更に他の実施例の構成を示す部分断面図である。この実施例では、ビームｂ１に対向するケースＣの内壁面に三角形状の山と谷が形成されている。ビームｂ１に過大な撓みが生ずると、ビームｂ１が複数の箇所で山の稜線に接触し、その過大な撓みによる破壊が防止される。

図１６は、ケースＣの内壁面の形状に関する本発明の更に他の実施例の構成を示す部分断面図である。この実施例では、ビームｂ１に対向するケースＣの内壁面にゆるやかな山と谷が形成されている。ビームｂ１に過大な撓みが生ずると、ビームｂ１が複数の箇所で山の稜線に接触し、その過大な撓みによる破壊が防止される。

以上、ビームとケースの内壁面が複数の個所で線接触、あるいは面接触する場合を例示した。しかしながら、平坦なケースの内面に鋭利な先端部分を有する適宜な高さの棒状体を多数植設することにより、湾曲したビームと各棒状体の先端部分との間に点接触状態を生じさせるように構成することもできる。

また、ビームのシムを金属板で構成する場合を例示した。しかしながら、このシムの素材として、ＣＦＲＰ（ Carbon Fiber Reinforced Plastic )など他の素材を適用することもできる。

さらに、保持体に保持され、ケースに収容されるビームが２本の場合を例示した。しかしながら、ビームの本数は１本あるいは３本以上の適宜な本数であってもよい。

さらに、ビームの一端部を保持する片持ち梁の構造を例示した。しかしながら、ビームの長手方向の中央部分を保持する構造に本発明を適用することもできる。

さらに、保持体によるビームの保持をインサート成形によって行う構成を例示した。しかしながら、これに代えて、接着剤や粘着テープを用いてビームを保持体に保持させたり、保持体にケースした空洞内にビームを圧入するなど他の適宜な保持方法を採用することもできる。

また、この撓み振動型エキサイタをスピーカとして携帯電話機などに組み込む場合を例示したが、他の適宜な携帯端末装置や、据え置き型のコンピュータや表示装置など適宜な電子機器用のスピーカとして使用することもできる。

本発明の一実施例の撓み振動型エキサイタの構成を示す分解斜視図である。 図１の実施例の撓み振動型エキサイタの保持体の部分を拡大して示す部分拡大断面図である。 本発明の他の実施例の撓み振動型エキサイタの構成を示す分解斜視図である。 図３の実施例の撓み振動型エキサイタの保持体の部分を拡大して示す部分拡大断面図である。 本発明のさらに他の実施例の撓み振動型エキサイタの構成を示す分解斜視図である。 図５の実施例の撓み振動型エキサイタの保持体の部分を拡大して示す部分拡大断面図である。 図５の実施例の撓み振動型エキサイタをビームｂ１の中心を通る水平面で切断して示す断面図である。 図５〜図７の実施例の撓み振動型エキサイタにおいて保持体の横幅をビームの横幅に一致するように狭めた実施を示す斜視図である。 図８に示したビームをケースに収容し、この状態を水平面で切断して示す断面図である。 上記各実施例のビームの構造を示す平面図である。 図１０に示したビームのＡ−Ａ’断面図である。 ケースの内壁面の形状に関する本発明の他の実施例の構成を示す部分断面図である。 ケースの内壁面の形状に関する本発明のさらに他の実施例の構成を示す部分断面図である。 ケースの内壁面の形状に関する本発明のさらに他の実施例の構成を示す部分断面図である。 ケースの内壁面の形状に関する本発明のさらに他の実施例の構成を示す部分断面図である。 ケースの内壁面の形状に関する本発明のさらに他の実施例の構成を示す部分断面図である。 先行技術の撓み振動型エキサイタの全体の構成を示す断面図である。 図１４の撓み振動型エキサイタの保持部分の構成を示す部分拡大断面図である。

符号の説明

C ケース
B,B1,B2 保持体
b1,b2 ビーム
s シム
P 積層構造
e0，e1,e2,e3 電極層
p1,p2,p3 圧電体層
t1 信号入力端子
t2 接地端子
f 接着剤
g 段部
q 開口
h 端子挿入用開口

Claims (9)

1. 板状体の上に圧電体層および電極層の積層構造が形成されたビームと、このビームを保持する保持機構と、前記ビームの電極層に励振電力を供給する給電端子とを備え、このビームに撓み振動を励振する撓み振動型エキサイタにおいて、
   前記保持機構は、前記ビームの一端部分または中央部分を保持する保持体と、この保持体と結合されて前記ビームの先端側を収容するケースとから成ることを特徴とする撓み振動型エキサイタ。
2. 請求項１において、
   前記保持体は、前記ビームの一端部分または中央部分と共にインサート成形が行われる樹脂により形成されたことを特徴とする撓み振動型エキサイタ。
3. 請求項２において
   前記インサート成形は100 °C 以下の低温で行われることを特徴とする撓み振動型エキサイタ。
4. 請求項１乃至３のいずれかにおいて、
   前記保持体と前記ケースの結合は突き合わせまたは嵌合と接着とによって行われることを特徴とする撓み振動型エキサイタ。
5. 請求項１乃至４のいずれかにおいて、
   前記ケースの側壁面の肉圧はその先端部に向けて減少されたことを特徴とする撓み振動型エキサイタ。
6. 請求項１乃至５のいずれかにおいて、
   前記ビームとこのビームを保持する前記保持体の幅は同一であることを特徴とする撓み振動型エキサイタ。
7. 請求項１乃至６のいずれかにおいて、
   前記ケースの前記ビームに対向する内壁面はこのビームに過大な撓み振動が発生した時にこのビームの表面とその長手方向の複数の箇所において点、線または面接触可能な形状を有することを特徴とする撓み振動型エキサイタ。
8. 請求項７において、
   前記ケースの前記ビームに対向する内壁面は滑らかな湾曲面、階段形状の面またはこれらの面に対し前記ビームの長手方向もしくは幅方向の一方または双方に沿って延長される複数の溝が離散的に形成された面から成ることを特徴とする撓み振動型エキサイタ。
9. 請求項１乃至８のいずれかにおいて、
   前記保持体に隣接する個所において、前記ケースの前記ビームに対向する内壁面にほぼ100 ミクロン以下の段差が形成されたことを特徴とする撓み振動型エキサイタ。
   

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