JP6030534B2 - Sound generator - Google Patents
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Description
本発明は、音発生器が接触する接触面を振動させて当該接触面から音を発生させる音発生器に関するものである。 The present invention relates to a sound generator that vibrates a contact surface with which a sound generator contacts and generates sound from the contact surface.
従来の電子機器、例えば携帯電話機等は、電子機器に備えられたスピーカから音を発生する。電子機器に使用されるスピーカは、ダイナミックスピーカが主流となっている。例えば、特許文献1には、マグネット、ボイスコイル、ダイアフラム及びこれらを収納するケースを具えたダイナミックスピーカ構造を有する振動発生装置が記載されている。
Conventional electronic devices such as mobile phones generate sound from speakers provided in the electronic devices. Dynamic speakers are the mainstream of speakers used in electronic devices. For example,
しかしながら、特許文献1に記載の振動発生装置は、ダイナミックスピーカ構造を有するため、部品点数の増加が避けられず、重量が重くなる。また、ダイナミックスピーカの出力は、音を発生させるためのダイアフラムの大きさに依存し、スピーカが小さいほど、出力が小さくなる。そのため、良好な音特性を得るには装置の大型化が避けられない。
However, since the vibration generating device described in
かかる観点に鑑みてなされた本発明の目的は、小型軽量化が可能で、良好な音を発生可能な音発生器を提供することにある。 An object of the present invention made in view of such a viewpoint is to provide a sound generator which can be reduced in size and weight and can generate a good sound.
上記目的を達成する本発明に係る音発生器は、
筺体と、
圧電素子を備え、少なくとも一部が前記筺体から突出する圧電振動部と、
該圧電振動部に荷重を与える錘と、を備え、
前記圧電振動部の一部又は全部は、所定の荷重以上の力で前記筺体内に引っ込み、
前記圧電振動部に前記錘からの荷重が与えられた状態で、音信号に応じて前記圧電振動部が変形し、該圧電振動部の変形により当該圧電振動部が接する接触面を振動させて該接触面から音を発生させる、ものである。
The sound generator according to the present invention that achieves the above object is as follows.
The body,
A piezoelectric vibration part comprising a piezoelectric element, at least a part of which protrudes from the housing;
A weight for applying a load to the piezoelectric vibrating portion;
A part or all of the piezoelectric vibration part is retracted into the housing with a force greater than a predetermined load,
In a state where a load from the weight is applied to the piezoelectric vibrating portion, the piezoelectric vibrating portion is deformed according to a sound signal, and the contact surface with which the piezoelectric vibrating portion is in contact is vibrated by deformation of the piezoelectric vibrating portion, It generates sound from the contact surface.
前記所定の荷重は、前記錘によって前記圧電振動部に与えられる荷重よりも大きい、とよい。 The predetermined load is preferably larger than a load applied to the piezoelectric vibrating portion by the weight.
前記圧電振動部は、弾性支持部材を介して前記錘によって荷重が与えられる、とよい。 The piezoelectric vibration unit may be applied with a load by the weight via an elastic support member.
前記弾性支持部材は、前記圧電振動部を介して前記所定の荷重以上の力が与えられると変形して、前記圧電振動部の一部又は全部が前記筺体内に引っ込む、とよい。 The elastic support member may be deformed when a force greater than the predetermined load is applied through the piezoelectric vibrating portion, and a part or all of the piezoelectric vibrating portion is retracted into the housing.
前記圧電素子は、積層型圧電素子であり、積層方向に沿って伸縮変形する、とよい。 The piezoelectric element is a stacked piezoelectric element, and is preferably stretched and deformed along the stacking direction.
前記圧電振動部は、前記圧電素子の変形に起因する振動を前記接触面に伝えて前記接触面を振動させる被覆部材を含む、とよい。 The piezoelectric vibration unit may include a covering member that transmits vibration due to deformation of the piezoelectric element to the contact surface to vibrate the contact surface.
本発明によれば、小型軽量化が可能で、良好な音を発生可能な音発生器を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a sound generator that can be reduced in size and weight and can generate good sound.
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(第1実施の形態)
図1は、本発明の第1実施の形態に係る音発生器の外観斜視図である。本実施の形態に係る音発生器は、スマートフォン等の携帯電話機10と、圧電振動部60と、弾性部材70とを有する。後述するように、携帯電話機10は、圧電振動部60に荷重を与える錘(音発生器の錘)として作用するものである。携帯電話機10は、外観形状が概略長方形状を成す筐体20を備える。筐体20には、携帯電話機10の前面側にパネル30及び入力部40が配置されており、パネル30の下側に図1にパネル30の一部を切り欠いて示すように、表示部50が保持されている。また、筐体20の裏面側は、バッテリパックやカメラユニット等が搭載されて、バッテリリッド21で覆われている。
(First embodiment)
FIG. 1 is an external perspective view of the sound generator according to the first embodiment of the present invention. The sound generator according to the present embodiment includes a
パネル30は、接触を検出するタッチパネル、または表示部50を保護するカバーパネル等からなり、例えばガラス、又はアクリル等の合成樹脂により形成される。パネル30は、例えば長方形状である。パネル30は、平板であってもよいし、表面が滑らかに傾斜する曲面パネルであってもよい。パネル30は、タッチパネルである場合、利用者の指、ペン、又はスタイラスペン等の接触を検出する。タッチパネルの検出方式は、静電容量方式、抵抗膜方式、表面弾性波方式(又は超音波方式)、赤外線方式、電磁誘導方式、及び荷重検出方式等の任意の方式を用いることができる。本実施の形態では、説明の便宜上、パネル30は、タッチパネルとする。
The
入力部40は、利用者からの操作入力を受け付けるものであり、例えば、操作ボタン(操作キー)から構成される。なお、パネル30も表示部50に表示されるソフトキー等への利用者からの接触を検出することにより、利用者からの操作入力を受け付けることができる。
The
表示部50は、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ、又は無機ELディスプレイ等の表示デバイスである。
The
本実施の形態に係る音発生器は、携帯電話機10の筐体20の一方の長辺の側面20a側に、音発生器用の圧電振動部60と、シート状の弾性部材70とを備える。弾性部材70は、例えばゴム、シリコーン、ポリウレタン等から成る。携帯電話機10は、側面20a側を下方にして机等の水平な載置面上に載置された際、すなわち携帯電話機10が横向きに立てられた際に、圧電振動部60及び弾性部材70によって載置面上に2点で支持される。圧電振動部60及び弾性部材70の配置については、後に詳述する。
The sound generator according to the present embodiment includes a
図2は、図1の携帯電話機10の裏面側を分解して示す要部の概略斜視図である。筐体20の裏面側には、バッテリパック80やカメラユニット90等が搭載される。携帯電話機10は、筐体20の裏面側に、圧電振動部60を収納保持する保持部100を備える。保持部100は、筐体20の短手方向に沿って延在し、一端が筐体20内で開口し、他端が側面20aに開口する一様な幅を有するスリット101と、弾性支持部材である長尺の矩形状からなる板バネ105とを有する。
FIG. 2 is a schematic perspective view of an essential part of the
圧電振動部60は、圧電素子61と、Oリング62と、被覆部材である絶縁性のキャップ63とを備える。圧電素子61は、電気信号(電圧)を印加することで、構成材料の電気機械結合係数に従い伸縮または屈曲する素子である。これらの素子は、例えばセラミックや水晶からなるものが用いられる。圧電素子61は、ユニモルフ、バイモルフまたは積層型圧電素子であってよい。積層型圧電素子には、バイモルフを積層した(例えば8層から40層程度積層した)積層型バイモルフ素子や、例えばPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)からなる複数の誘電体層と、該複数の誘電体層間に配置された電極層との積層構造体から構成されるスタックタイプのものがある。ユニモルフは電気信号が印加されると伸縮し、バイモルフは電気信号が印加されると屈曲し、スタックタイプの積層型圧電素子は電気信号が印加されると積層方向に沿って伸縮する。
The
本実施の形態では、圧電素子61がスタックタイプの積層型圧電素子からなる。積層型圧電素子61は、例えば、図3(a)及び(b)に拡大した断面図及び平面図を示すように、例えばPZT等のセラミックスからなる誘電体61aと、断面櫛歯状の内部電極61bとが交互に積層されて構成される。内部電極61bは、第1側面電極61cと接続されるものと、第2側面電極61dに接続されるものとが交互に積層されて、それぞれ第1側面電極61c又は第2側面電極61dに電気的に接続される。
In the present embodiment, the
図3(a)及び(b)に示した積層型圧電素子61は、一方の端面に、第1側面電極61cに電気的に接続された第1リード接続部61eと、第2側面電極61dに電気的に接続された第2リード接続部61fとが形成されている。第1リード接続部61e及び第2リード接続部61fには、それぞれ第1リード線61g及び第2リード線61hが接続される。また、第1側面電極61c、第2側面電極61d、第1リード接続部61e、及び第2リード接続部61fは、第1リード接続部61e及び第2リード接続部61fに、それぞれ第1リード線61g及び第2リード線61hが接続された状態で、絶縁層61iで覆われている。
The laminated
積層型圧電素子61は、積層方向の長さが例えば5mm〜120mmである。また、積層型圧電素子61の積層方向と直交する方向の断面形状は、例えば2mm角〜10mm角の略正方形状や、正方形状以外の任意の形状とすることができる。なお、積層型圧電素子61の積層数や断面積は、錘となる携帯電話機10の重量(携帯電子機器の場合は、例えば80g〜800g)に応じて、圧電振動部60が接触する机等の接触面から発生する音の音圧あるいは音質が十分確保できるように、適宜決定される。
The stacked
積層型圧電素子61には、図7において後述するように、圧電素子駆動部120を介して、制御部130から音信号(再生音信号)が供給される。換言すれば、積層型圧電素子61には、圧電素子駆動部120を介して、制御部130から音信号に応じた電圧が印加される。制御部130から印加される電圧が交流電圧の場合には、第1側面電極61cに正の電圧が印加されるときには、第2側面電極61dには負の電圧が印加される。反対に、第1側面電極61cに負の電圧が印加されるときには、第2側面電極61dには正の電圧が印加される。第1側面電極61c及び第2側面電極61dに電圧が印加されると、誘電体61aに分極が起こり、積層型圧電素子61は電圧が印加されない状態から伸縮する。積層型圧電素子61の伸縮の方向は、誘電体61aと内部電極61bの積層方向にほぼ沿っている。あるいは、積層型圧電素子61の伸縮方向は、誘電体61aと内部電極61bの積層方向とほぼ一致している。積層型圧電素子61は、積層方向にほぼ沿って伸縮するため、伸縮方向の振動伝達効率がよいという利点がある。
As will be described later with reference to FIG. 7, the laminated
なお、図3(a)及び(b)において、第1側面電極61c及び第2側面電極61dは、内部電極61bに交互に接続され、かつ第1リード接続部61e及び第2リード接続部61fにそれぞれ接続されたスルーホールとすることもできる。また、図3(a)及び(b)において、第1リード接続部61e及び第2リード接続部61fは、図4に示すように、積層型圧電素子61の一端部において第1側面電極61c及び第2側面電極61dに形成してもよい。
3A and 3B, the
積層型圧電素子61は、図5に部分拡大断面図をも示すように、スリット101に延在して配置される。積層型圧電素子61は、図3に示した第1リード接続部61e及び第2リード接続部61fを有する一端面側が、筐体20内のスリット101の開口から突出して板バネ105の長手方向のほぼ中央部に接着剤102により固定される。また、積層型圧電素子61の他端面側には、キャップ63が挿入されて、接着剤102により固定される。
The laminated
板バネ105は、厚み方向に湾曲変形可能に筐体20内に支持される。本実施の形態では、板バネ105の長手方向の両端部が、それぞれ長手方向に離間して筐体20に設けられた一対の突状支持部20bにより厚み方向に挟持されて、厚み方向に湾曲変形可能に支持されている。
The
キャップ63は、積層型圧電素子61による伸縮振動を、机等の載置面(接触面)に確実に伝達できる材質、例えば硬質プラスチック等により形成される。なお、載置面の傷つきを抑制したい場合には、キャップ63は、硬質プラスチックではなく、比較的軟らかいプラスチックであっても良い。キャップ63には、積層型圧電素子61に装着された状態で、スリット101内に位置する進入部63aと、筐体20から突出する突出部63bとが形成されており、スリット101内に位置する進入部63aの外周にOリング62が配置される。Oリング62は、例えばシリコーンゴムによって形成される。Oリング62は、積層型圧電素子61の可動保持用であると同時に、スリット101の内部に水分又は塵を侵入しにくくする。また、突出部63bは、先端部が半球形状に形成されている。なお、突出部63bの先端部は、半球形状に限らず、机等の載置面(接触面)に確実に点接触又は面接触して、積層型圧電素子61による伸縮振動を伝達できる形状であれば任意の形状とすることができる。また、図5において、Oリング62と、積層型圧電素子61のスリット101への接着部との間の隙間に、ゲル等を充填して防水効果をより高めることもできる。
The
圧電振動部60は、保持部100に装着され、筐体20にバッテリリッド21が装着された状態で、キャップ63の突出部63bが筐体20の側面20aから突出する。また、キャップ63の突出部63bは、筐体20の側面20aと対向する面である対向面63cを有する。図5に示すように、積層型圧電素子61に電圧が印加されておらず、積層型圧電素子61が伸縮しない状態で、対向面63cは、側面20aから長さdだけ離間している。
The piezoelectric vibrating
図6は、板バネ105のバネ特性の一例を示す図である。板バネ105は、携帯電話機10が横向きに立てられ、圧電振動部60のキャップ63が机等の載置面に接触している状態、すなわち圧電振動部60を介して錘となる携帯電話機10の荷重w1を受けている状態では弾性変形しない。また、その状態で積層型圧電素子61が音信号によって変位しても、板バネ105は弾性変形しない。つまり、板バネ105は、通常の使用状態において受ける荷重では弾性変形せず、荷重w1よりも大きい所定の荷重w2以上で弾性変形するように構成される。なお、図6において、横軸は荷重(N)を示し、縦軸は変位量を示している。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the spring characteristics of the
ここで、所定の荷重w2は、錘となる携帯電話機10の荷重w1、圧電振動部60を構成する積層型圧電素子61の強度、積層型圧電素子61の変位によって受ける荷重等に応じて適宜設定される。携帯電話機10の場合、重量が例えば80g〜800g(0.78N〜7.8N)であるから、所定の荷重w2は例えば0.94N〜9.4Nとすることができる。これにより、携帯電話機10の落下等の衝撃によって、キャップ63を介して板バネ105に積層型圧電素子61の積層方向すなわち長手方向に所定の荷重w2以上の荷重が作用した際に、板バネ105が弾性変形して、圧電振動部60が筐体20内に引っ込む方向に変位することになる。
Here, the predetermined load w2 is appropriately set according to the load w1 of the
図7は、本実施の形態に係る携帯電話機10の要部の機能ブロック図である。携帯電話機10は、上述したパネル30、入力部40、表示部50及び積層型圧電素子61の他に、無線通信部110、圧電素子駆動部120及び制御部130を備える。パネル30、入力部40、表示部50及び無線通信部110は、制御部130に接続される。積層型圧電素子61は、圧電素子駆動部120を介して制御部130に接続される。
FIG. 7 is a functional block diagram of the main part of the
無線通信部110は、公知の構成からなり、基地局等を介して通信ネットワークに無線接続される。制御部130は、携帯電話機10の全体の動作を制御するプロセッサである。制御部130は、圧電素子駆動部120を介して積層型圧電素子61に再生音信号(通話相手の音声または着信メロディもしくは音楽を含む楽曲等の再生音信号に応じた電圧)を印加する。なお、再生音信号は、内部メモリに記憶された音楽データに基づくものでもよいし、外部サーバ等に記憶されている音楽データがネットワークを介して再生されるものであってもよい。
The
圧電素子駆動部120は、例えば図8に示すように、信号処理回路121、昇圧回路122及びローパスフィルタ(LPF)123を備える。信号処理回路121は、例えばイコライザやA/D変換回路等を有するデジタルシグナルプロセッサ(DSP)等で構成され、制御回路130からのデジタル信号に対して、イコライジング処理やD/A変換処理等の所要の信号処理を行って、アナログの再生音信号を生成し、昇圧回路122に出力する。なお、信号処理回路121の機能は、制御回路130に内蔵させてもよい。
The piezoelectric
昇圧回路122は、入力されたアナログの再生音信号の電圧を昇圧して、LPF123を介して積層型圧電素子61に印加する。ここで、昇圧回路122により積層型圧電素子61に印加する再生音信号の最大電圧は、例えば10Vpp〜50Vppとすることができるが、かかる範囲に限定されず、携帯電話機10の重量や積層型圧電素子61の性能に応じて適宜調整可能である。なお、積層型圧電素子61に印加される再生音信号は、直流電圧がバイアスされてもよく、そのバイアス電圧を中心に最大電圧が設定されてもよい。
The
また、積層型圧電素子61に限らず、圧電素子は、一般に高周波ほど電力損失が大きいため、LPF123は、10kHz〜50kHz程度以上の周波数成分の少なくとも一部を減衰又はカットする周波数特性、あるいは漸次に又は段階的に減衰率が高くなる周波数特性を有するように設定される。図9は、一例として、カットオフ周波数を約20kHzとした場合のLPF123の周波数特性を示す。このように高周波成分を減衰又はカットすることにより、消費電力を抑制できる。
In addition to the multilayer
次に、図10を用いて、圧電振動部60及び弾性部材70の配置について説明する。図10は、携帯電話機10が、側面20a側を下方にして机等の水平な載置面150上に載置された様子を示す。ここで、机は、被接触部材の一例であり、載置面150は、音発生器が接触する接触面(載置面)の一例である。図10に示すように、携帯電話機10は、圧電振動部60及び弾性部材70によって載置面150上に2点で支持される。点Gは、携帯電話機10の重心である。すなわち、点Gは、音発生器の錘の重心である。
Next, the arrangement of the piezoelectric vibrating
図10において、弾性部材70は、最下端部701を有する。最下端部701は、弾性部材70のうち、携帯電話機10が側面20a側を下方にして机等の水平な載置面150上に載置されたとき載置面150と当接する箇所である。
In FIG. 10, the
圧電振動部60は、最下端部601を有する。最下端部601は、圧電振動部60のうち、携帯電話機10が側面20a側を下方にして机等の水平な載置面150上に載置されたとき載置面150と当接する箇所である。最下端部601は、例えばキャップ63の先端部である。
The
携帯電話機10は、最下端部101を有する。最下端部101は、携帯電話機10のうち、携帯電話機10が側面20a側を下方にして机等の水平な載置面150上に載置されたときに、圧電振動部60が存在しないと仮定した場合に載置面150と当接する箇所である。携帯電話機10の最下端部101は、例えば筐体20の角部であるが、これに限られない。側面20aに、側面20aから突出する突出部が設けられている場合には、その突出部が携帯電話機10の最下端部101となってもよい。突出部は、例えばサイドキー又はコネクタキャップ等である。
The
図10において、点線Lは、携帯電話機10が側面20a側を下方にして机等の水平な載置面150上に載置されたとき、携帯電話機10の重心Gを通り載置面150に垂直な線(仮想の線)である。また、一点鎖線Iは、圧電振動部60が存在しないと仮定した場合に、弾性部材70の最下端部701と携帯電話機10の最下端部101とを結ぶ線(仮想の線)である。
10, the dotted line L passes through the center of gravity G of the
図10において、領域R1は、携帯電話機10において点線Lによって区切られる一方側の領域である。また、領域R2は、携帯電話機10において点線Lによって区切られる他方側の領域である。弾性部材70は、側面20aにおいて、領域R1側に設けられる。また、圧電振動部60は、側面20aにおいて、領域R2側に設けられる。
In FIG. 10, a region R <b> 1 is a region on one side delimited by the dotted line L in the
圧電振動部60は、側面20aの領域R2側において、点線Lにできるだけ近い位置に設けられることが好ましい。これにより、圧電振動部60にかかる荷重が、圧電振動部60が側面20aの領域R2側において点線Lから離間した位置に設けられる場合に比べて、大きくなる。これにより、携帯電話機10を音発生器の錘として有効に活用することができる。
The piezoelectric vibrating
弾性部材70は、側面20aの領域R1側において、点線Lからできるだけ遠い位置に設けられることが好ましい。これにより、圧電振動部60を点線Lにできるだけ近い位置に設けた場合にも、弾性部材70と圧電振動部60との間の距離が十分確保され、音発生器を安定して載置面150に載置することができる。
The
圧電振動部60の最下端部601は、積層型圧電素子61に電圧が印加されず積層型圧電素子61が伸縮しない状態から最も伸びたとき或いは積層型圧電素子61の最大振幅時に、一点鎖線Iよりも載置面150側に位置するとよい。すなわち、最下端部601は、積層型圧電素子61に電圧が印加されず積層型圧電素子61が伸縮しない状態から最も伸びたとき或いは積層型圧電素子61の最大振幅時に、一点鎖線Iよりも載置面150側に突出しているとよい。これにより、圧電振動部60により載置面150を適切に振動させることができる。
The
また、圧電振動部60の最下端部601は、積層型圧電素子61に電圧が印加されず積層型圧電素子61が伸縮しない状態から積層型圧電素子61が最も縮んだとき或いは積層型圧電素子61の最小振幅時に、一点鎖線Iよりも載置面150側に位置するとよい。すなわち、最下端部601は、積層型圧電素子61に電圧が印加されず積層型圧電素子61が伸縮しない状態から積層型圧電素子61が最も縮んだとき積層型圧電素子61の最小振幅時に、一点鎖線Iよりも載置面150側に突出しているとよい。これにより、携帯電話機10の最下端部101が載置面150に接触しにくくなり、例えば、筐体20の塗装の種類によっては、塗装が剥がれにくくなる。また、最下端部101と載置面150との間で異音が発生しにくくなる。
The
なお、携帯電話機10は、例えば筐体20に市販のスタンド等が取り付けられて、側面20a側を下方にして机等の載置面上に立てられてもよい。この場合、携帯電話機10は、側面20aが圧電振動部60及び弾性部材70により2点支持され、さらに、スタンドによって支持される。
The
図11(a)、(b)及び(c)は、本実施の形態に係る携帯電話機10による音発生器としての動作を説明するための概略図である。携帯電話機10を音発生器として機能させる場合、携帯電話機10は、図11(a)に示すように、筐体20の側面20a側を下方にして、圧電振動部60のキャップ63及び弾性部材70が机等の載置面(接触面)150に接触するように横置きに立てて載置される。これにより、圧電振動部60には、携帯電話機10の重量が荷重として与えられる。つまり、携帯電話機10は、本実施の形態に係る音発生器の錘として作用する。なお、図11(a)に示す状態は、積層型圧電素子61に電圧が印加されておらず、積層型圧電素子61が伸縮していない状態を示している。
FIGS. 11A, 11B, and 11C are schematic diagrams for explaining an operation as a sound generator by the
その状態で、圧電振動部60の積層型圧電素子61が再生音信号により駆動されると、積層型圧電素子61は、図11(b)及び(c)に示すように、弾性部材70の載置面(接触面)150への接触部分を支点として、キャップ63が載置面(接触面)150から離間することなく、再生音信号に応じて伸縮振動する。なお、下端部101が載置面150に接触して異音が発生する等の不都合がなければ、キャップ63は載置面(接触面)150から多少離間してもよい。積層型圧電素子61の最も伸びたときの長さと最も縮んだときの長さとの差は、例えば0.05μm〜50μmである。これにより、積層型圧電素子61の伸縮振動がキャップ63を通して載置面150に伝達されて載置面150が振動し、載置面150が振動スピーカとして機能して載置面150から音が発生する。なお、最も伸びたときの長さと最も縮んだときの長さとの差が0.05μm未満だと、載置面を適切に振動させられないおそれがあり、一方、50μmを超えると、振動が大きくなり音発生器ががたつくおそれがある。
In this state, when the multilayer
ここで、上述したように、キャップ63の先端部は、積層型圧電素子61が最も伸びたときに、圧電振動部60が存在しないと仮定した場合に、弾性部材70の最下端部701と携帯電話機10の最下端部101とを結ぶ線(図10の一点鎖線I)よりも載置面150側に位置するとよい。また、キャップ63の先端部は、積層型圧電素子61が最も縮んだときに、上記仮想線よりも載置面150側に位置するとよい。
Here, as described above, when it is assumed that the piezoelectric vibrating
また、図5に示す側面20aとキャップ63の対向面63cとの間の距離dは、積層型圧電素子61に電圧が印加されておらず積層型圧電素子61が伸縮しない状態から最も縮んだ状態となったときの変位量よりも長いとよい。これにより、積層型圧電素子61が最も縮んだ状態(図11(c)に示す状態)でも、筐体20の側面20aとキャップ63とが接触しにくくできる。したがって、キャップ63が圧電素子61から脱落しにくくなる。
Further, the distance d between the
圧電素子部60の側面20aにおける配置箇所、積層型圧電素子61の積層方向の長さ、キャップ63の寸法等は、上記の条件を満たすように適宜決定される。なお、図11(a)、(b)及び(c)に示した状態では、板バネ105は弾性変形しない。
The arrangement location on the
本実施の形態に係る音発生器によると、圧電素子を振動源として利用しているので、ダイナミックスピーカ構造を有する従来の振動発生装置と比較して、部品点数を削減でき、少ない部品点数で簡便に構成でき、小型軽量化が可能となる。また、圧電素子として、スタックタイプの積層型圧電素子61を用いて、再生音信号により積層方向に沿って伸縮振動させ、その伸縮振動を接触面150に伝達するので、接触面150に対する伸縮方向(変形方向)の振動伝達効率が良く、接触面150を効率良く振動させることができる。また、携帯電話機10を横置きに立てて、圧電振動部60のキャップ63を接触面150に接触させると、キャップ63に携帯電話機10の重量が荷重としてかかるので、キャップ63を接触面150に確実に接触させて、圧電振動部60の伸縮振動を接触面150に効率良く伝達することができる。したがって、良好な音を発生させることができる。
According to the sound generator according to the present embodiment, since a piezoelectric element is used as a vibration source, the number of parts can be reduced compared with a conventional vibration generator having a dynamic speaker structure, and the number of parts can be reduced. And can be reduced in size and weight. In addition, a stack type stacked
さらに、積層型圧電素子61が固定される板バネ105は、圧電振動部60を介して受ける荷重が、錘となる携帯電話機10の荷重w1を含む通常の使用状態において受ける荷重では弾性変形せず、荷重w1よりも大きい所定の荷重w2以上で弾性変形するように構成されている。したがって、携帯電話機10の落下等の衝撃によって、圧電振動部60を介して板バネ105に所定の荷重w2以上の不所望な荷重が作用すると、圧電振動部60は筐体20内に引っ込む方向に変位する。これにより、圧電振動部60は、例えば図12に部分拡大断面図を示すように、キャップ63の対向面63cが筐体20の側面20aに当接し、圧電振動部60への不所望な荷重の印加による積層型圧電素子61の破損が有効に防止される。しかも、通常使用時も、積層型圧電素子61はキャップ63を介して接触面150に接触するので、通常使用時における積層型圧電素子61の破損も防止できる。したがって、圧電振動部60を長期間に亘って安定して使用することができる。
Further, the
また、本実施の形態に係る音発生器は、主として積層型圧電素子61の振動を直接的に接触面(載置面)150に伝達させることができるため、積層型圧電素子の振動を他の弾性体に伝える場合と異なり、音を発生させる際に他の弾性体が振動可能な高周波側の限界周波数に依存することがない。なお、他の弾性体が振動可能な高周波側の限界周波数は、他の弾性体が圧電素子により変形させられてから再度変形可能な状態に戻るまでの時間のうち最も短い時間の逆数となる。
In addition, the sound generator according to the present embodiment can mainly transmit the vibration of the multilayer
(第2実施の形態)
図13は、本発明の第2実施の形態に係る音発生器の外観斜視図である。本実施の形態に係る音発生器は、第1実施の形態で説明した携帯電話機10において、筐体20の側面20aの弾性部材70を設けた端部とは圧電振動部60を介して反対側の端部に、さらに弾性部材71を備えるものである。以下、第1実施の形態と同じ点については説明を省略し、異なる点について説明を行う。
(Second Embodiment)
FIG. 13 is an external perspective view of a sound generator according to the second embodiment of the present invention. The sound generator according to the present embodiment is the opposite side of the
弾性部材71は、弾性部材70と同様に、シート状である。弾性部材71は、弾性部材70と同様に、例えばゴム、シリコーン、ポリウレタン等から成る。
The
次に、図14を用いて、圧電振動部60、弾性部材70及び弾性部材71の配置について説明する。図14は、図10と同様に、携帯電話機10が、側面20a側を下方にして机等の水平な載置面150上に載置された様子を示す。図14に示すように、携帯電話機10は、圧電振動部60、弾性部材70及び弾性部材71によって載置面150上に3点で支持される。点Gは、携帯電話機10の重心である。すなわち、点Gは、音発生器の錘の重心である。
Next, the arrangement of the piezoelectric vibrating
図14において、点線Lは、図10と同様に、携帯電話機10が側面20a側を下方にして机等の水平な載置面150上に載置されたとき、携帯電話機10の重心Gを通り載置面150に垂直な線(仮想の線)である。点線L1は、弾性部材70を通り載置面に垂直な線(仮想の線)である。点線L2は、弾性部材71を通り載置面に垂直な線(仮想の線)である。点線L1は、水平方向で点線Lから長さD1離間している。点線L2は、水平方向で点線Lから長さD2離間している。
In FIG. 14, a dotted line L passes through the center of gravity G of the
図14において、領域R1は、携帯電話機10において点線Lによって区切られる一方側の領域である。また、領域R2は、携帯電話機10において点線Lによって区切られる他方側の領域である。弾性部材70は、側面20aにおいて、領域R1側に設けられる。弾性部材70は、側面20aにおいて、圧電振動部60から水平方向に長さD1離間して配置される。弾性部材71は、側面20aにおいて、領域R2側に設けられる。弾性部材71は、側面20aにおいて、圧電振動部60から水平方向に長さD2だけ離間して配置される。
In FIG. 14, a region R <b> 1 is a region on one side delimited by the dotted line L in the
圧電振動部60は、側面20aにおいて、点線L上に設けられる。すなわち、圧電振動部60は、携帯電話機10が側面20a側を下方にして机等の水平な載置面150上に載置されたとき、携帯電話機10の重心Gを通り載置面150に垂直な線上に配置される。これにより、錘としての携帯電話機10の重量を荷重として圧電振動部60に与えることができ、圧電振動部60の伸縮振動を載置面(接触面)150に効率良く伝達することができる。なお、D1=D2のとき、すなわち弾性部材70と弾性部材71が、圧電振動部60を挟んで水平方向で対称な位置に設けられると、音発生器を安定して載置面150に載置することができる。
The piezoelectric vibrating
圧電振動部60は、積層型圧電素子61が再生音信号により駆動されると、キャップ63が載置面(接触面)150から離間することなく、再生音信号に応じて伸縮振動する。なお、弾性部材70及び弾性部材71の下端部が載置面150に接触して異音が発生する等の不都合がなければ、多少離間してもよい。
When the multilayer
弾性部材70及び弾性部材71は、携帯電話機10が、側面20a側を下方にして机等の水平な載置面150上に載置されると、携帯電話機10の重量が荷重として与えられ、弾性変形する。すなわち、弾性部材70及び弾性部材71は、携帯電話機10の重量によって載置面150と垂直な方向に縮む。積層型圧電素子61に電圧が印加されず積層型圧電素子61が伸縮しない状態における弾性部材70及び弾性部材71の弾性変形量は、積層型圧電素子61の、電圧が印加されず伸縮しない状態から最も伸びたときの変位量よりも大きいとよい。これにより、積層型圧電素子61が最も伸びた時に弾性部材70及び弾性部材71が載置面150から離間しにくくなり、音発生器が安定して載置面150に載置される。本実施の形態においても、第1実施の形態と同様の効果が得られる。
When the
なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、板バネ105は、プリテンションを与えた状態で搭載してもよい。この場合、板バネ105として、例えば図15(a)に示すように円弧状に曲げ加工されたものを用い、該板バネ105を図15(b)に示すようにバネ力に抗して平坦状に変形させることでプリテンションを与えて、上記実施の形態と同様に携帯電話機10に搭載する。この場合、圧電振動部60は、図15(a)において、円弧状の板バネ105の凹部の外側の底部に支持される。あるいは、板バネ105として、例えば図16(a)に示すように平坦状のものを用い、該板バネ105を図16(b)に示すようにバネ力に抗して円弧状に変形させることでプリテンションを与えて携帯電話機10に搭載する。この場合、圧電振動部60は、図16(b)において、円弧状の板バネ105の凸部の内側の頂部に支持される。なお、図15(b)及び図16(b)において、携帯電話機10及び圧電振動部60は、簡略化して示されている。また、圧電振動部60の弾性支持部材は、板バネ105に限らず、例えばゴム等のブロック状の弾性体、スプリング等であってもよい。
In addition, this invention is not limited only to the said embodiment, Many deformation | transformation or a change is possible. For example, the
また、圧電振動部60は、全体が筐体から突出してもよい。この場合は、例えば筐体20の側面の一部を、錘となる携帯電話機10の荷重w1では弾性変形せず、荷重w1よりも大きい所定の荷重w2以上で弾性変形する弾性支持部材で構成し、該弾性支持部材に圧電振動部60を支持するとよい。
Further, the entire piezoelectric vibrating
また、圧電振動部60は、キャップ63を省略し、積層型圧電素子61の先端面を直接、あるいは絶縁部材等からなる振動伝達部材を介して接触面に接触させてもよい。また、圧電素子は、上述したスタックタイプの積層型圧電素子に限らず、ユニモルフ、バイモルフあるいは積層型バイモルフ素子を用いてもよい。
Further, the
更に、図8において、信号処理回路121と昇圧回路122との間に、LPF123と同様の特性を有するLPFを設けてもよい。また、図8において、LPF123の機能を信号処理回路121のイコライザ等に持たせて、LPF123を省略してもよい。
Further, in FIG. 8, an LPF having the same characteristics as the
また、上記の実施形態では、圧電振動部60が筐体20の側面20aから突出する例を示したが、本発明はこれに限定されない。筐体20の寸法及び圧電振動部60の寸法によっては、圧電振動部60は、例えば、バッテリリッド21から突出していてもよい。
In the above embodiment, an example in which the
また、上記の実施形態では、被接触部材が机であり、接触面が机の水平な載置面であるとして説明を行ったが、本発明はこれに限定されない。接触面は水平な面でなくともよい。接触面は、例えば机の地面に垂直な面であってもよい。地面に垂直な面を有する被接触部材としては、例えば空間を区切るためのパーティションが挙げられる。 Moreover, although said to-be-contacted member was a desk and said contact surface was a horizontal mounting surface of a desk in said embodiment, this invention is not limited to this. The contact surface need not be a horizontal surface. The contact surface may be a surface perpendicular to the desk ground, for example. Examples of the contacted member having a surface perpendicular to the ground include a partition for dividing a space.
また、上記実施の形態では、音発生器を携帯電話機10に搭載して、携帯電話機10を錘として機能させたが、錘はこれに限られない。例えば、携帯型ミュージックプレイヤ、据え置き型テレビ、電話会議システム、ノートパソコン、プロジェクタ、壁掛け時計/壁掛けテレビ、目覚まし時計、フォトフレーム等の多岐にわたる任意の電子機器を錘として、これらの電子機器に音発生器を搭載することもできる。また、錘は電子機器に限らず、例えば花瓶、椅子等であってもよい。さらに、本発明は、音発生器に限らず、圧電素子を有する音発生器用圧電振動部として構成することもできるし、音発生器と該音発生器が接する接触面を有する被接触部材とを備える音発生システムとしても構成することができ、これらも本発明の範囲に包含されるものと理解されたい。
Moreover, in the said embodiment, although the sound generator was mounted in the
10 携帯電話機
20 筐体
20a 側面
20b 突状支持部
21 バッテリリッド
30 パネル
40 入力部
50 表示部
60 圧電振動部
61 積層型圧電素子(圧電素子)
62 Oリング
63 キャップ
70 弾性部材
71 弾性部材
100 保持部
101 スリット
102 接着剤
105 板バネ
150 載置面(接触面)
DESCRIPTION OF
62 O-
Claims (6)
圧電素子を備え、少なくとも一部が前記筺体から突出する圧電振動部と、
該圧電振動部に荷重を与える錘と、を備え、
前記圧電振動部の一部又は全部は、所定の荷重以上の力で前記筺体内に引っ込み、
前記圧電振動部に前記錘からの荷重が与えられた状態で、音信号に応じて前記圧電振動部が変形し、該圧電振動部の変形により当該圧電振動部が接する接触面を振動させて該接触面から音を発生させる、
音発生器。 The body,
A piezoelectric vibration part comprising a piezoelectric element, at least a part of which protrudes from the housing;
A weight for applying a load to the piezoelectric vibrating portion;
A part or all of the piezoelectric vibration part is retracted into the housing with a force greater than a predetermined load,
In a state where a load from the weight is applied to the piezoelectric vibrating portion, the piezoelectric vibrating portion is deformed according to a sound signal, and the contact surface with which the piezoelectric vibrating portion is in contact is vibrated by deformation of the piezoelectric vibrating portion, Generate sound from the contact surface,
Sound generator.
請求項1に記載の音発生器。 The predetermined load is larger than a load applied to the piezoelectric vibrating portion by the weight.
The sound generator according to claim 1.
請求項1又は2に記載の音発生器。 The piezoelectric vibration part is given a load by the weight via an elastic support member.
The sound generator according to claim 1 or 2.
請求項3に記載の音発生器。 The elastic support member is deformed when a force greater than the predetermined load is applied via the piezoelectric vibration part, and a part or all of the piezoelectric vibration part is retracted into the housing.
The sound generator according to claim 3.
請求項1乃至4のいずれか一項に記載の音発生器。 The piezoelectric element is a laminated piezoelectric element, and expands and contracts along the lamination direction.
The sound generator according to any one of claims 1 to 4.
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の音発生器。
The piezoelectric vibration unit includes a covering member that transmits vibration due to deformation of the piezoelectric element to the contact surface to vibrate the contact surface.
The sound generator according to any one of claims 1 to 5.
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