積層式エネルギー転換モジュール

【課題】モジュール化された架構を有し、振動慣性力を増強させ、且つ本来の単一のアクチュエータの共振モード及び有効な動作範囲に近しいエネルギー転換モジュールを提供する。
【解決手段】同じ外観サイズを有する少なくとも二つのアクチュエータを含む。少なくとも二つの支持部材は、それらアクチュエータにそれぞれ対応させ、振動慣性力を共振板に転送させる。二つの支持部材は隣接するアクチュエータ間、及びアクチュエータと共振板の間にそれぞれ固設される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータに関し、より詳しくは、積層式エネルギー転換モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
アクチュエータ（ａｃｔｕａｔｏｒ）はエネルギー転換部材であり、電気エネルギーを機械的エネルギーへ転換させ、更には音波或いは触覚フィードバック（ｈａｐｔｉｃｆｅｅｄｂａｃｋ）を発生させる。アクチュエータは携帯式の電子装置或いは人間計算機インターフェース装置によく応用されている。また現在の応用上の主な趨勢は、装置内に配置されるアクチュエータに、より高い振動慣性力量出力を持たせる事であり、この他の趨勢としては、昨今の装置の小型化の潮流に伴い、これらの装置内部にアクチュエータを配置させる空間が自然と制限される点が挙げられる。
【０００３】
図１は従来のエネルギー転換器の透視図であり、アクチュエータ１０及び支持部材１２を含む。ここでは、支持部材１２の一端はアクチュエータ１０の表面に固設され、他端は共振板（図示せず）に接続される。図１によると従来のエネルギー転換器は簡単な構造ではあるが、しかしながら最大の欠点は出力される振動慣性力が小さい事であり、このため応用にはやや不足感がある。
【０００４】
図２は他の従来のエネルギー転換器の透視図であり、複数のアクチュエータ１０及びアクチュエータ１１を含み、両者は直接積み重ねられる。この種のエネルギー転換器は振動慣性力が小さすぎる問題を改善させはするが、しかしながら本来のアクチュエータの共振モードを改変させて、共振周波数を顕著に上昇させるため、配置を再調整させねばならず、また共振周波数の上昇によって、低音の共振が好ましくなくなり、有効な動作範囲を狭める。
【０００５】
図３はまた他の従来のエネルギー転換器の透視図であり、特許文献１によれば、“共振部材エネルギー転換器（ＲｅｓｏｎａｎｔＥｌｅｍｅｎｔＴｒａｎｓｄｕｃｅｒ）”と題され、サイズが各々異なる複数のアクチュエータ１０及びアクチュエータ１１を含み、隣接するアクチュエータ間には支持部材１２が設けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】アメリカ特許第７，６８４，５７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、各一個のアクチュエータ１０及びアクチュエータ１１が各自異なる共振モードを有する事で、本来のアクチュエータの共振モードを破壊してしまい、また共振モードの相違により、各々が発生させる振動を同相（ｉｎｐｈａｓｅ、即ち建設的干渉）に近づけるのが困難になり、このため慣性力の増加が制限され、また実施上容易に相互に干渉し合うため、ユーザーにとって応用上不便であり、設計上の複雑さも増した。
【０００８】
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、モジュール化された架構を有し、振動慣性力を増強させ、且つ本来の単一のアクチュエータの共振モード及び有効な動作範囲に近しい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】
【０００９】
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少なくとも二つのアクチュエータ及び少なくとも二つの支持部材を含み、それらアクチュエータは同じ外観サイズを有する。それら支持部材はそれらアクチュエータにそれぞれ対応させ、支持部材はアクチュエータが発生させる振動慣性力を共振板へと転送させる。また、二つの支持部材は隣接するアクチュエータ間、及びアクチュエータと共振板の間に固設されることを特徴とする。
【００１０】
また、実施形態に於いて、アクチュエータの二つの対向する面には共に支持部材がそれぞれ設けられる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、振動慣性力を増強させるのみならず、本来の単一のアクチュエータの共振モードへの近似化が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来のエネルギー転換器の透視図である。
【図２】他の従来のエネルギー転換器の透視図である。
【図３】また他の従来のエネルギー転換器の透視図である。
【図４Ａ】本発明に係る第１実施形態のエネルギー転換モジュールの透視図である。
【図４Ｂ】本発明に係る第１実施形態のエネルギー転換モジュールの断面図である。
【図５】本発明に係る第１実施形態のエネルギー転換モジュールと図１の従来のエネルギー転換器の共振モードとの比較である。
【図６】本発明に係る第１実施形態のエネルギー転換モジュールと図２の従来のエネルギー転換器の共振モードとの比較である。
【図７】本発明に係る第１実施形態のエネルギー転換モジュールと図３の従来のエネルギー転換器の共振モードとの比較である。
【図８】本発明に係る第１実施形態の変化型のエネルギー転換モジュールの断面図である。
【図９Ａ】本発明に係る第１実施形態変化型のエネルギー転換モジュールの断面図である。
【図９Ｂ】本発明に係る第１実施形態変化型のエネルギー転換モジュールの断面図である。
【図１０Ａ】本発明に係る第２実施形態のエネルギー転換モジュールの透視図である。
【図１０Ｂ】本発明に係る第２実施形態のエネルギー転換モジュールの断面図である。
【図１１】本発明に係る第２実施形態のエネルギー転換モジュールと図４Ａ及び図４Ｂの第１実施形態のエネルギー転換モジュールの共振モードとの比較である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に図面を参照して本発明を実施するための形態について、詳細に説明する。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。
【実施例１】
【００１４】
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。
【００１５】
本発明の実施形態に係るエネルギー転換モジュールは、図４Ａは本発明に係る第１実施形態のエネルギー転換モジュールの透視図であり、図４Ｂはその断面図である。図によると、本実施形態では、エネルギー転換モジュールは第一アクチュエータ４０Ａ及び第二アクチュエータ４０Ｂの少なくとも二つのアクチュエータ（ａｃｔｕａｔｏｒ）を含む。各アクチュエータ４０Ａ及びアクチュエータ４０Ｂは支持部材４１Ａ及び支持部材４１Ｂに対応させ、これはエジェクタブロックである。
図によると、第一アクチュエータ４０Ａと第二アクチュエータ４０Ｂとの間には第一支持部材４１Ａが固設され、第二アクチュエータ４０Ｂと共振板（例えばタッチパネル）４２との間には第二支持部材４１Ｂが固設される。支持部材４１Ａ及び支持部材４１Ｂは隣接するアクチュエータ（例えば第一アクチュエータ４０Ａと第二アクチュエータ４０Ｂ）を連結、或いはアクチュエータと共振板（例えば第二アクチュエータ４０Ｂと共振板４２）を連結させるのみならず、支持部材４１Ａと支持部材４１Ｂは第一アクチュエータ４０Ａ及び第二アクチュエータ４０Ｂが発生させる振動慣性力の共振板４２への転送に用いられる。
【００１６】
本実施形態では、第二アクチュエータ４０Ｂが発生させる振動慣性力は、第二支持部材４１Ｂから共振板４２へと転送され、第一アクチュエータ４０Ａが発生させる振動慣性力は、順に第一支持部材４１Ａから、第二アクチュエータ４０Ｂを経過し、第二支持部材４１Ｂより共振板４２へと転送される。
【００１７】
本発明に係る第１実施形態の特徴の一つは、それらの第一アクチュエータ４０Ａと第二アクチュエータ４０Ｂが同じ外観サイズを有する点である。図４Ａ及び図４Ｂによると、第一アクチュエータ４１Ａと第二アクチュエータ４１Ｂは同じ厚さ、同じ長さ並びに同じ幅を有する。本明細書中では、外観サイズの“同じ”とは互いの許容差範囲内のサイズがお互い相等であることを指す。
【００１８】
外観サイズが同じなほかに、それら第一アクチュエータ４０Ａと第二アクチュエータ４０Ｂは同じ材質を有し、それは圧電（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ）材料（例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ｌｅａｄｚｉｒｃｏｎａｔｅｔｉｔａｎａｔｅ、ＰＺＴ））、電場応答性高分子（ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅｐｏｌｙｍｅｒ、ＥＡＰ）、形状記憶合金（ｓｈａｐｅｍｅｍｏｒｙａｌｌｏｙ、ＳＭＡ）、磁歪材料（ｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅｍａｔｅｒｉａｌ）、ボイスコイルモータ（ｖｏｉｃｅｃｏｉｌｍｏｔｏｒ）或いはリニア共振アクチュエータ（ｌｉｎｅａｒｒｅｓｏｎａｎｃｅａｃｔｕａｔｏｒ、ＬＲＡ）であるが、これらに限定されない。
【００１９】
また、それら第一アクチュエータ４０Ａと第二アクチュエータ４０Ｂは同じ制御信号を受けて駆動されるため、ほぼ同じ共振モードとほぼ同じ振動を有する。これにより、第一アクチュエータ４０Ａと第二アクチュエータ４０Ｂが発生させる振動は同相（ｉｎｐｈａｓｅ、即ち建設的干渉）に近しくなり、転送される振動慣性力も強化される。
【００２０】
図５は本発明に係る第１実施形態のエネルギー転換モジュールと図１の従来のエネルギー転換器の共振モードとの比較である。ここでの横軸は周波数（単位：ヘルツ（Ｈｚ））を表し、縦軸は振動慣性力（単位：ニュートン（Ｎ））を表す。
図によると、本実施形態のエネルギー転換モジュールの共振曲線５０は従来のエネルギー転換器の共振曲線５２に類似するが、但しより大きな振動慣性力を有する。言い換えるならば、本実施形態では従来の単一のアクチュエータの共振モードに近く、発生させる振動慣性力は増加される。本実施形態の振動部材の数量を増加させる場合、より大きな振動慣性力並びに本来の単一のアクチュエータの共振モードへの近似化が得られる。
言うなれば、本発明に係る実施形態は一種のモジュール化部材であり、ユーザーは必要な振動慣性力、或いは携帯式の電子装置、人間計算機インターフェース装置内部の配置空間に合わせて、使用するアクチュエータの層数、及びに対応する支持部材を決定させることが出来、共振モードの改変を心配する必要もなくなる。
【００２１】
図６は本発明に係る第１実施形態のエネルギー転換モジュールと図２の従来のエネルギー転換器の共振モードとの比較である。前述のように、従来の直接積み重ねるエネルギー転換器（図２）は本来のアクチュエータの共振モードを改変させるため、曲線５４のようにその共振周波数を明確に上昇させるため、配置を再調整させねばなず、また共振周波数の上昇により、低音の表現が好ましくなくなり、有効な動作範囲を狭めた。
翻って本実施形態のエネルギー転換モジュールの共振曲線５０を見ると、本来の単一のアクチュエータの共振モードに近しくなるのみならず、より大きな振動慣性力も有する。言い換えるならば、本実施形態は従来の直接積み重ねるエネルギー転換器（図２）に比較してより大きな動作範囲とより大きな振動慣性力を有する。
【００２２】
図７は本発明に係る第１実施形態のエネルギー転換モジュールと図３の従来のエネルギー転換器の共振モードとの比較である。前述のように、図３の従来のエネルギー転換器は、各々異なる共振モードを有するため、曲線５６のように本来のアクチュエータの共振モードを破壊し、また共振モードの相違により、各々が発生させる振動は同相（ｉｎｐｈａｓｅ、即建設的干渉）に近づけるのが困難になり、このため慣性力の増加が制限され、実施上容易に相互に干渉し合い、設計上の複雑さが増した。翻って本実施形態のエネルギー転換モジュールの共振曲線５０を見ると、本来の単一のアクチュエータの共振モードに近しくなるのみならず、より大きな振動慣性力を有する。
【００２３】
上述の実施形態の第一アクチュエータ４０Ａと第二アクチュエータ４０Ｂには、ユニモルフ（ｕｎｉｍｏｒｐｈ）、バイモルフ（ｂｉｍｏｒｐｈ）或いはマルチモルフ（ｍｕｌｔｉｍｏｒｐｈ）が使用される。このほか、図８によれば、第一アクチュエータ４０Ａと第二アクチュエータ４０Ｂの表面にはマス・ブロック４３を設置させ、共振周波数の改変或いは振動機能の増強に用いる。本実施形態の第一アクチュエータ４０Ａと第二アクチュエータ４０Ｂの形状は図示する形状に限られず、例えば円形、矩形、不規則な形状等でもよい。
【００２４】
図４Ａ及び図４Ｂの支持部材４１Ａと支持部材４１Ｂはアクチュエータ４０Ａ及びアクチュエータ４０Ｂの中央に設けられるが、但しこれに限られない。図９Ａと図９Ｂによると、支持部材４１Ａと支持部材４１Ｂはアクチュエータ４０Ａ及びアクチュエータ４０Ｂの他の位置に設けてもよい。図９Ａによれば、支持部材４１Ａと支持部材４１Ｂの設定位置は近接するアクチュエータ４０Ａ及びアクチュエータ４０Ｂの同じ端である。図９Ｂでは、支持部材４１Ａと支持部材４１Ｂの設定位置は近接するアクチュエータ４０Ａ及びアクチュエータ４０Ｂの反対の端である。
【実施例２】
【００２５】
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。
【００２６】
図１０Ａは本発明に係る第２実施形態のエネルギー転換モジュールの透視図であり、図１０Ｂはその断面図である。図４Ａと図４Ｂの第１実施形態との異なる点は、本実施形態では更に第三支持部材４１Ｃも使用し、第一アクチュエータ４０Ａと第一支持部材４１Ａの反対の面に設けられる。第１実施形態と比較し、本実施形態の各アクチュエータ４０Ａとアクチュエータ４０Ｂの二つの対向する面には一個の支持部材４１Ａ、支持部材Ｂ及び支持部材Ｃを対称に設置させる。
【００２７】
図１１は本発明に係る第２実施形態のエネルギー転換モジュールの、図４Ａと図４Ｂの第１実施形態のエネルギー転換モジュールの共振モードとの比較である。第２実施形態の各アクチュエータ４０Ａ及びアクチュエータ４０Ｂの二つの対向する面には、一個の支持部材４１Ａ、支持部材Ｂ及び支持部材Ｃを対称に設置させ、第１実施形態と比較し対称な架構を有し、二つのアクチュエータ４０Ａ及びアクチュエータ４０Ｂの共振モードを更に一致させ、また支持部材４１Ｃの配置によりアクチュエータ４０Ａ及びアクチュエータ４０Ｂは更に完全になり、更に一致する波頂曲線を形成させる。このほか、図１１中の局部拡大図に見られるように、第２実施形態の共振曲線５８は第１実施形態の共振曲線５０と比較してより大きな振動慣性力を有する。
【００２８】
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１０アクチュエータ
１１アクチュエータ
１２支持部材
４０Ａ第一アクチュエータ
４０Ｂ第二アクチュエータ
４１Ａ第一支持部材
４１Ｂ第二支持部材
４１Ｃ第三支持部材
４２共振板
４３マス・ブロック
５０共振曲線（第１実施形態）
５２共振曲線（図１のエネルギー転換器）
５４共振曲線（図２のエネルギー転換器）
５６共振曲線（図３のエネルギー転換器）
５８共振曲線（第２実施形態）

【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、
同じ外観サイズを有する少なくとも二つのアクチュエータと、
それら前記アクチュエータにそれぞれ対応させ、それら前記アクチュエータが発生させる振動慣性力を共振板に転送させる少なくとも二つの支持部材を含み、
前記二つの支持部材は隣接する前記アクチュエータ間、及び前記アクチュエータと前記共振板の間にそれぞれ固設されることを特徴とするエネルギー転換モジュール。
【請求項２】
それら前記アクチュエータは同じ材質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３】
前記アクチュエータの材質は圧電（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ）材料、電場応答性高分子（ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅｐｏｌｙｍｅｒ、ＥＡＰ）、形状記憶合金（ｓｈａｐｅｍｅｍｏｒｙａｌｌｏｙ、ＳＭＡ）、磁歪材料（ｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅｍａｔｅｒｉａｌ）、ボイスコイルモータ（ｖｏｉｃｅｃｏｉｌｍｏｔｏｒ）或いはリニア共振アクチュエータ（ｌｉｎｅａｒｒｅｓｏｎａｎｃｅａｃｔｕａｔｏｒ、ＬＲＡ）を含むことを特徴とする、請求項２に記載のエネルギー転換モジュール。
【請求項４】
それら前記アクチュエータは同じ制御信号を受けて駆動され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】
それら前記アクチュエータは同じ制御信号を受けて駆動されることを特徴とする、請求項４に記載のエネルギー転換モジュール。
【請求項６】
前記アクチュエータはバイモルフ（ｂｉｍｏｒｐｈ）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７】
前記アクチュエータはユニモルフ（ｕｎｉｍｏｒｐｈ）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８】
前記アクチュエータはマルチモルフ（ｍｕｌｔｉｍｏｒｐｈ）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９】
前記アクチュエータの表面に設けら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１０】
それら前記支持部材はそれら前記アクチュエータの中央にそれぞれ設けられ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１１】
それら前記支持部材の設定位置はそれら前記アクチュエータの端点にそれぞれ近接され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】
前記アクチュエータの二つの対向する面は共に一つの前記支持部材をそれぞれ設け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。

【図１】