JP2015088899A - 音発生器 - Google Patents

Abstract

【課題】小型な構成でも良好に音を発生可能な音発生器を提供する。【解決手段】本体２０と、本体２０を支持するスタンドと、圧電素子６１を有する圧電振動部６０と、圧電振動部６０に荷重を与える錘と、を備え、圧電振動部６０に錘からの荷重が与えられた状態で、音信号に応じて圧電振動部６０が変形し、圧電振動部６０の変形により音発生器が載置される載置面１５０を振動させて載置面１５０から音を発生させる。【選択図】図１１

Description

本発明は、音発生器が載置される載置面を振動させて当該載置面から音を発生させる音発生器に関するものである。

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。従来の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おり、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。

実開平５−８５１９２号公報

しかしながら、ダイナミックスピーカを備える電子機器は、小型化が進むにつれて、ダイナミックスピーカ内部で音を発生させるための振動板を小さくせざるを得なくなる。その結果、大音量の音を出力することが難しくなる。

かかる観点に鑑みてなされた本発明の目的は、小型な構成でも良好に音を発生可能な音発生器を提供することにある。

上記目的を達成する本発明に係る画像表示装置は、
本体と、
前記本体を支持するスタンドと、
圧電素子を有する圧電振動部と、
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音発生器が載置される載置面を振動させて該載置面から音を発生させる。

前記スタンドは、前記本体に取り付けられる取付部と前記載置面に当接する脚部とを備え、前記取付部を支点に前記本体に対して開閉可能であってもよい。

前記取付部の回転軸は、前記載置面と対向する前記本体の下面にほぼ平行であってもよい。

前記取付部の回転軸は、前記載置面と対向する前記本体の下面にほぼ垂直であってもよい。

前記スタンドを複数備えていてもよい。

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ものであってもよい。

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載置面に伝えて前記載置面を振動させる被覆部材を含んでいてもよい。

上記のように構成された本発明によれば、小型な構成でも良好に音を発生可能な音発生器を提供することができる。

本発明の第１実施の形態に係る音発生器の概略構成を示す外観斜視図である。 図１の携帯電話機の裏面側を分解して示す要部の外観斜視図である。 図２の積層型圧電素子の構成を示す図である。 積層型圧電素子の変形例を示す図である。 図１の圧電振動部の部分拡大断面図である。 図２のスタンドの部分拡大断面図である。 図１の携帯電話機の要部の機能ブロック図である。 図７の圧電素子駆動部の一例の構成を示す機能ブロック図である。 図８のＬＦＰの周波数特性の一例を示す図である。 図１の音発生器における圧電振動部及び脚部の配置を示す図である。 図１の携帯電話機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。 本発明の第２実施の形態に係る音発生器の概略構成を示す外観斜視図である。 図１２の音発生器における圧電振動部及び脚部の配置を示す図である。 本発明の第３実施の形態に係る音発生器の概略構成を示す外観斜視図である。 図１４の音発生器における圧電振動部及び脚部の配置を示す図である。 圧電振動部の保持態様の三つの変形例を示す図である。 圧電振動部の変形例を示す要部の概略構成を示す図である。 スタンドを複数備える音発生器の概略構成を示す外観斜視図である。

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。

（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本体２０を備える。本体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、本体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。

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。

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。

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。

本実施の形態に係る音発生器は、携帯電話機１０の本体２０の一方の長辺である下面２０ａ側に、音発生器用の圧電振動部６０を備える。下面２０ａは、携帯電話機１０を横置きに机等の載置面に載置したときに載置面と対向する。

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。本体２０の裏面側には、バッテリパック８０やカメラユニット８１等が搭載される。携帯電話機１０は、本体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、本体２０の短手方向に沿って延在し、下面２０ａに開口する一様な幅を有するスリット１０１を有する。

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。

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。

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。

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が接触する机等の載置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。

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。

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。

積層型圧電素子６１は、図５に部分拡大断面図を示すように、第１リード接続部６１ｅ及び第２リード接続部６１ｆを有する一端部側面が、本体２０の保持部１００のスリット１０１に接着剤１０２（例えば、エポキシ樹脂）を介して固定される。また、積層型圧電素子６１の他端部には、キャップ６３が挿入されて、接着剤１０２により固定される。

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、本体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塵防水効果をより高めることもできる。圧電振動部６０は、保持部１００に装着され、本体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が本体２０の下面２０ａから突出する。また、キャップ６３の突出部６３ｂは、本体２０の下面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、下面２０ａから長さｄだけ離間している。

再び図２を参照すると、携帯電話機１０は、バッテリリッド２１つまり本体２０に、開閉可能なスタンド９０を備える。スタンド９０は、脚部９１と、開閉時の支点となる取付部９２とを有する。本実施の形態においては、スタンド９０は、本体２０への収納状態において、本体２０の下面２０ａと逆側の上面２０ｂ側に取付部９２を有し、本体２０の短手方向に沿って下面２０ａ側に延在する脚部９１を有する。携帯電話機１０の本体２０には、バッテリリッド２１が備えるスタンド９０を収納するための空間８２が設けられている。携帯電話機１０は、下面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が横置きに立てられた際に、脚部９１及び圧電振動部６０によって載置面上に２点で支持される。圧電振動部６０及び脚部９１の配置については、後に詳述する。

スタンド９０は、例えば金属製であり、図６に部分拡大断面図を示すように、取付部９２において、バッテリリッド２１の一部である回転ストッパ部２２及びスタンドガイド２３により保持される。取付部９２は、端面９２ａにおいて、回転ストッパ面２２ａ又は２２ｂと接触する。スタンド９０は、取付部９２において、金属製のシャフト２６を回転軸として回転することにより開閉動作を行う。スタンド９０の開閉動作により、端面９２ａが回転ストッパ面２２ａと接触している場合、スタンド９０は閉じた状態であり、バッテリリッド２１に収納されている。そして、スタンド９０の開閉動作により、端面９２ａが回転ストッパ面２２ｂと接触している場合、スタンド９０は、開いた状態となり、携帯電話機１０を載置面に載置する場合の支持部材として機能する。

スタンドガイド２３は、バッテリリッド２１の一部であるスプリング取付部２４の先端に、スプリング２５を介して保持される。スタンドガイド２３は、スプリング２５から受ける圧力を取付部９２に伝達することにより、スタンド９０の開閉状態を保持することができる。また、シャフト２６の周囲は、シャフトカラー２７で覆われている。取付部９２の開閉動作により、支持部９２との摩擦を生じるスタンドガイド２３及びシャフトカラー２７は、例えばフッソ化プラスチック、ポリアセタール、ナイロン等の摺動性樹脂からなる。

本実施の形態においては、取付部９２の回転軸は、本体２０の下面２０ａにほぼ平行である。ここで、ほぼ平行とは、下面２０ａに平行な軸に対して±３０度の範囲内をいう。回転軸がこの範囲を超える場合には、スタンド９０の脚部９１がバッテリリッド２１において斜めに配置されることとなる。そのため、本体２０にもスタンド９０に合わせた空間８２を設ける必要がある。しかし、そのようにすると、本体２０に設けられる他の機能部の収納スペースが制限されることとなり、スペース効率が悪くなる。そのため、取付部９２の回転軸は、下面２０ａにほぼ平行であることが好ましく、平行であることがより好ましい。

図７は、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。

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。

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。

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。

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。

次に、図１０を用いて、圧電振動部６０及び脚部９１の配置について説明する。図１０は、携帯電話機１０が、下面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載置面の一例である。図１０に示すように、携帯電話機１０は、脚部９１及び圧電振動部６０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。

図１０において、脚部９１は、最下端部９１１を有する。最下端部９１１は、脚部９１のうち、携帯電話機１０が下面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。

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が下面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。

携帯電話機１０は、最下端部２０１を有する。最下端部２０１は、携帯電話機１０のうち、携帯電話機１０が下面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２０１は、例えば本体２０の角部であるが、これに限られない。下面２０ａに、下面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２０１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。

図１０において、点線Ｌは、携帯電話機１０が下面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。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、脚部９１の最下端部９１１と携帯電話機１０の最下端部２０１とを結ぶ線（仮想の線）である。また、点線Ｌ１は、最下端部６０１を通り載置面に垂直な線（仮想の線）である。点線Ｌ２は、最下端部９１１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。

図１０において、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一方側の領域である。また、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他方側の領域である。脚部９１は、領域Ｒ２側に設けられる。また、圧電振動部６０は、下面２０ａにおいて、領域Ｒ１側に設けられる。

図１０において、携帯電話機１０は、脚部９１及び圧電振動部６０の２点によって支持されているため、圧電振動部６０の静止時における最下端部６０１及び最下端部９１１にかかる垂直方向の荷重の和は、携帯電話機１０の総重量と等しくなる。また、力のモーメントについて、最下端部６０１にかかる垂直方向の荷重と距離Ｄ１との積は、最下端部９１１にかかる垂直方向の荷重と距離Ｄ２との積と等しくなる。このことから、圧電振動部６０を点線Ｌにより近く配置させる程、圧電振動部６０にかかる荷重が大きくなり、その結果、圧電振動部６０は、載置面１５０に強く振動を与えることができるため、載置面から良好な音が発せられる。

すなわち、圧電振動部６０は、領域Ｒ１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にかかる垂直方向の荷重が、圧電振動部６０が領域Ｒ１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。

脚部９１の最下端部９１１は、領域Ｒ２側において、点線Ｌからできるだけ遠い位置に設けることが好ましい。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、脚部９１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。ところで、脚部９１は、取付部９２において本体２０と接続されているため、距離Ｄ２を大きくするほど、本体２０が載置面１５０となす角θが小さくなる。角θが小さくなると、圧電振動部６０にかかる荷重の垂直成分が小さくなり、圧電振動部６０から載置面１５０に与える振動が弱くなる上に、水平成分が大きくなるため、異音が発生したり、携帯電話機１０が跳ねたり横滑りしたりする。従って、スタンド９０の長さ、スタンド９０を開く角度、本体２０における支持部９２の位置等は、圧電振動部６０にかかる荷重及び本体２０の載置面１５０に対する傾きを考慮して適宜決定される。

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。

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２０１が載置面１５０に接触しにくくなり、例えば、本体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２０１と載置面１５０との間で異音が発生しにくくなる。

図１１（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、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、本体２０の下面２０ａ側を下方にして、圧電振動部６０のキャップ６３及び脚部９１が机等の載置面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、本発明に係る音発生器の錘として作用する。なお、図１１（ａ）に示す状態では、積層型圧電素子６１は、電圧が印加されていないため、伸縮しない。

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、脚部９１の載置面１５０への接触部分を支点として、キャップ６３が載置面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、最下端部２０１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。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。

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、脚部９１の最下端部９１１と携帯電話機１０の最下端部２０１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。

また、図５に示す下面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、本体２０の下面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。

圧電振動部６０の下面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。

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、その伸縮振動を載置面１５０に伝達するので、載置面１５０に対する伸縮方向（変形方向）の振動伝達効率が良く、載置面１５０を効率良く振動させることができる。しかも、キャップ６３を介して積層型圧電素子６１を載置面１５０に接触させるので、積層型圧電素子６１の破損も防止できる。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を載置面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を載置面１５０に確実に接触させて、圧電振動部６０の伸縮振動を載置面１５０に効率良く伝達することができる。このようにして、携帯電話機１０は、小型な構成でも、載置面１５０から良好な音を発生させることができる。また、携帯電話機１０を横置きに立てる場合、携帯電話機１０をスタンド９０により支持することで、携帯電話機１０を安定して自立させることができるため、載置面から音を良好に発生し続けることができる。

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の振動を直接的に載置面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。このことを考慮すると、本実施の形態に係る音発生器の錘は、圧電素子の変形により湾曲変形をしない程度の剛性（曲げ強度）を有するものであるとよい。

（第２実施の形態）
図１２は、本発明の第２実施の形態に係る音発生器の概略構成を示す外観斜視図であり、携帯電話機１０がバッテリリッド２１を備える後面側から見た図である。第２実施の形態においても、取付部９２の回転軸は、本体２０の下面２０ａにほぼ平行であるが、本実施の形態においては、スタンド９０が、本体２０への収納状態において、本体２０の下面２０ａ側に取付部９２を有し、本体２０の短手方向に沿って上面２０ｂ側に延在するように脚部９１が構成されている。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。

次に、図１３を用いて、圧電振動部６０及び脚部９１の配置について説明する。図１３は、図１０と同様に、携帯電話機１０が、下面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１３に示すように、携帯電話機１０は、横置きに自立された状態において、圧電振動部６０及び脚部９１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。

図１３において、点線Ｌは、図１０と同様に、携帯電話機１０が下面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、最下端部６０１を通り載置面に垂直な線（仮想の線）である。点線Ｌ２は、最下端部９０１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。

第１実施の形態において説明したように、圧電振動部６０にかかる垂直方向の荷重を大きくするため、圧電振動部６０は、領域Ｒ１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。すなわち、本体２０が載置面１５０となす角θができるだけ垂直に近いことが好ましい。また、脚部９１の最下端部９１１は、領域Ｒ２側において、点線Ｌからできるだけ遠い位置に設けることが好ましい。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、脚部９１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。

本実施の形態によると、取付部９２が下面２０ａ側に位置するため、脚部９１の最下端部９１１を点線Ｌから離しやすい。そのため、携帯電話機１０を安定して載置面上に載置しやすい。また、最下端部９１１を点線Ｌから遠い位置に設けることにより、最下端部９１１にかかる垂直方向の荷重が小さくなり、最下端部６０１にかかる垂直方向の荷重を大きくすることができる。その結果、携帯電話機１０は、小型な構成でも、圧電振動部６０が載置面１５０に効率的に振動を伝えることができるため、載置面１５０から、より良好な音を発生させることができる。

（第３実施の形態）
図１４は、本発明の第３実施の形態に係る音発生器の概略構成を示す外観斜視図であり、携帯電話機１０がバッテリリッド２１を備える後面側から見た図である。第３実施の形態においては、図１４に示すように、取付部９２の回転軸は、本体２０の下面２０ａにほぼ垂直である。ここで、ほぼ垂直とは、下面２０ａに垂直な軸に対して±３０度の範囲内をいう。この範囲を超える場合、本体２０に設けられる他の機能部の収納スペースが制限されることとなり、スペース効率が悪くなる。そのため、取付部９２の回転軸は、下面２０ａにほぼ垂直であることが好ましく、垂直であることがより好ましい。本実施の形態においては、スタンド９０が、本体２０への収納状態において、本体２０の一方の側面側に取付部を有し、本体の長手方向に沿って他方の側面側に脚部９１が延在するように構成されている。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。

次に、図１５を用いて、圧電振動部６０及び脚部９１の配置について説明する。図１５は、図１０と同様に、携帯電話機１０が、下面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１５に示すように、携帯電話機１０は、横置きに自立された状態において、圧電振動部６０及び脚部９１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。

図１５において、点線Ｌは、図１０と同様に、携帯電話機１０が下面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、最下端部６０１を通り載置面に垂直な線（仮想の線）である。点線Ｌ２は、最下端部９０１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。

第１実施の形態において記載したように、圧電振動部６０にかかる垂直方向の荷重を大きくするため、圧電振動部６０は、領域Ｒ１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。すなわち、本体２０が載置面１５０となす角θができるだけ垂直に近いことが好ましい。本実施の形態においては、取付部９２の回転軸が下面２０ａに対して垂直であるため、取付部９２を設ける位置が、本体２０のうち下面２０ａに近いほど、角θが垂直になりやすい。

また、脚部９１の最下端部９１１は、点線Ｌからできるだけ遠い位置に設けることが好ましい。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、脚部９１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。また、最下端部９１１を点線Ｌから遠い位置に設けるほど、最下端部９１１にかかる垂直方向の荷重が小さくなり、最下端部６０１にかかる垂直方向の荷重を大きくすることができる。その結果、携帯電話機１０は、小型な構成でも、圧電振動部６０が載置面１５０に効率的に振動を伝えることができるため、載置面１５０から、より良好な音を発生させることができる。

本実施の形態においては、スタンド９０の収納状態において、脚部９１が本体２０の長手方向に沿って延在するように構成されているため、第１実施の形態と比較しても、脚部９１の十分な長さを確保しやすい。そのため、携帯電話機１０を安定して載置面に載置しやすい。さらに、最下端部９１１を点線Ｌから遠い位置に設けることにより、最下端部９１１にかかる垂直方向の荷重が小さくなり、最下端部６０１にかかる垂直方向の荷重を大きくすることができる。その結果、圧電振動部６０は、載置面１５０に効率的に振動を伝えることができるため、載置面１５０から、さらに良好な音が発生する。

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、圧電振動部６０を保持部１００に対して固定する構造は、図５に示すものに限られない。図１６（ａ）〜（ｃ）に示すように、圧電振動部６０を保持部１００に保持してもよい。図１６（ａ）に示す保持部１００は、下面２０ａに開口する幅広のスリット１０１ａと、該スリット１０１ａに連続する幅狭のスリット１０１ｂとを有する。積層型圧電素子６１は、一端部が幅狭のスリット１０１ｂに配置されて側面が接着剤１０２を介してスリット１０１ｂに固定される。また、幅広のスリット１０１ａには、積層型圧電素子６１との隙間に、積層型圧電素子６１の伸縮動作の妨げとならないシリコーンゴムやゲル等の充填剤１０３が充填される。このように圧電振動部６０を保持部１００に保持すれば、Ｏリング等の防水パッキンを用いることなく、携帯電話機１０をより確実に防水することができる。また、積層型圧電素子６１の下面２０ａから突出する部分に絶縁性のキャップを被せることにより、積層型圧電素子６１の絶縁も確実に行うことができる。

図１６（ｂ）に示す保持部１００は、下面２０ａに向けて拡開するテーパ状スリット１０１ｃと、該テーパ状スリット１０１ｃに連続する幅狭のスリット１０１ｄとを有する。積層型圧電素子６１は、一端部が幅狭のスリット１０１ｄに配置されて側面が接着剤１０２を介してスリット１０１ｄに固定される。また、テーパ状スリット１０１ｃには、積層型圧電素子６１との隙間に、積層型圧電素子６１の伸縮動作の妨げとならないシリコーンゴムやゲル等の充填剤１０３が充填される。このように構成すれば、図１６（ａ）の保持部１００と同様の効果が得られる他、テーパ状スリット１０１ｃを有しているので、積層型圧電素子６１の保持部１００への組み付けが容易にできる利点がある。

図１６（ｃ）に示す保持部１００は、上記実施の形態と同様に、一様な幅のスリット１０１を有するが、積層型圧電素子６１は、一端部側の端面が接着剤１０２を介してスリット１０１に固定されている。また、スリット１０１内で積層型圧電素子６１の適宜の箇所には、Ｏリング６２が配置されている。このような積層型圧電素子６１の保持態様は、特に、積層型圧電素子６１が、図４に示したように、リード線の接続部が側面電極に形成されている場合に、リード線の引き回し等の点で有利となる。

また、上記実施の形態や図１６（ａ）〜（ｃ）の変形例において、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載置面に載置してもよい。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。図１７は、バイモルフを用いた場合の要部の概略構成を示す図である。バイモルフ６５は、長尺の矩形状をなし、本体２０の下面２０ａに一方の表面６５ａが露出して長尺の両端部が保持部１００に保持される。保持部１００は、バイモルフ６５を保持する開口部１０１ｅを有し、開口部１０１ｅのバイモルフ６５の裏面６５ｂ側の内面が湾曲して形成される。かかる構成によれば、バイモルフ６５が載置面に接触するように本体２０を載置面に載置して、バイモルフ６５を再生音信号により駆動すると、バイモルフ６５が屈曲（湾曲）振動する。これにより、バイモルフ６５の振動が載置面に伝達されて、載置面が振動スピーカとして機能して載置面から再生音が発生する。なお、バイモルフ６５の表面６５ａには、ポリウレタン等の被覆層が形成されていてもよい。

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。

また、上記の実施形態では、圧電振動部６０が本体２０の下面２０ａに配置され下面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。本体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。

また、本発明において、スタンド９０の数は単数に限られない。携帯電話機１０は、スタンド９０を複数備えていてもよい。例えば、図１８は、スタンド９０を２つ備える携帯電話機１０の概略構成を示す外観斜視図である。図１８のように、スタンドを複数備える場合には、携帯電話機１０が横置きに立てられた際に、圧電振動部６０及び複数の脚部９１によって載置面上に支持されるため、スタンドが単数の場合と比較して、より安定して携帯電話機１０を自立させることができる。

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、テレビ会議システム、ノートパソコン、プロジェクタ、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。

１０ 携帯電話機
２０ 本体
２０ａ 下面
２０ｂ 上面
２１ バッテリリッド
２２ 回転ストッパ部
２３ スタンドガイド
２４ スプリング取付部
２５ スプリング
２６ シャフト
２７ シャフトカラー
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
９０ スタンド
９１ 脚部
９２ 取付部
１００ 保持部
１０１ スリット
１１０ 無線通信部
１２０ 圧電素子駆動部
１２１ 信号処理回路
１２２ 昇圧回路
１２３ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
１３０ 制御部
１５０ 載置面

Claims (7)

1. 本体と、
   前記本体を支持するスタンドと、
   圧電素子を有する圧電振動部と、
   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音発生器が載置される載置面を振動させて該載置面から音を発生させる、
   音発生器。
2. 前記スタンドは、前記本体に取り付けられる取付部と前記載置面に当接する脚部とを備え、前記取付部を支点に前記本体に対して開閉可能である、
   請求項１に記載の音発生器。
3. 前記取付部の回転軸は、前記載置面と対向する前記本体の下面にほぼ平行である、
   請求項２に記載の音発生器。
4. 前記取付部の回転軸は、前記載置面と対向する前記本体の下面にほぼ垂直である、
   請求項２に記載の音発生器。
5. 前記スタンドを複数備える、
   請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の音発生器。
6. 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、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の音発生器。
7. 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載置面に伝えて前記載置面を振動させる被覆部材を含む、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の音発生器。
   

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