JP2015088901A - 音発生器 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便に構成され、かつ良好な音を発生可能な音発生器を提供する。
【解決手段】筺体２０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、を備える音発生器であって、音発生器を水平な載置面１５０に載置すると、圧電振動部６０は、載置面１５０と対向する筺体２０の下面２０ａに配置され、下面２０ａは、音発生器の重心を通り載置面１５０に垂直をなす線と交差し、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載置面から音を発生させる自立可能な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備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、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し、マグネット、ボイスコイル、ダイアフラム及びそれらを収納するケース等様々な部材を使用しているため、部品点数の増加が避けられない。また、ダイナミックスピーカの出力は、内部で音を発生させるための振動板の大きさによる制約を受けるため、スピーカが小さい程、出力が弱くなる。

かかる観点に鑑みてなされた本発明の目的は、簡便に構成され、かつ良好な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音発生器は、
筺体と、
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、を備える音発生器であって、
当該音発生器を水平な載置面に載置すると、
前記圧電振動部は、前記載置面と対向する前記筺体の下面に配置され、
前記下面は、当該音発生器の重心を通り前記載置面に垂直をなす線と交差し、
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前記載置面を振動させて該載置面から音を発生させる。

前記音発生器の重心は、前記下面と前記下面の逆側に位置する上面との中間位置より下面側に位置するものであってもよい。

前記筺体は内部に電池を備え、
該電池の重心は、前記下面と前記上面との中間位置より下面側に位置するものであってもよい。

前記電池を複数備え、
前記圧電振動部は、該複数の電池間に配置されるものであってもよい。

前記筺体は表示部を備え、
当該音発生器を前記載置面に載置すると、前記表示部が斜め上を向いているものであってもよい。

前記下面の厚みは、前記下面の逆側に位置する上面の厚みより厚くてもよい。

前記筺体は、前記下面側の第１の領域が所定の厚みを有し、前記下面とは逆側の上面側の第２の領域が前記所定の厚みよりも薄い厚みを有するものであってもよい。

前記所定の厚みは、５０ｍｍ以下であってもよい。

前記第１の領域の幅は、１５０ｍｍ以下であってもよい。

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、簡便に構成され、かつ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。

本発明の一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の音発生器の概略側面図である。 図１の携帯電話機の裏面側を分解して示す要部の概略斜視図である。 図３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ＬＰＦ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弾性部材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。 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。 携帯電話機における圧電振動部及び電池の配置の変形例の概略構成を示すバッテリリッドを除いた後面図である。

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。

図１は、本発明の一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。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、２つの弾性部材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、筺体２０を備える。筺体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。本実施の形態では、説明の便宜上、携帯電話機１０は、大型（例えば、パネル３０のサイズが５インチ〜７インチ）のスマートフォンであるファブレットであるとする。

筺体２０は、概観形状が概略長方形状であり、横置きする場合に下側に位置する下面２０ａから、下面２０ａの逆側に位置する上面２０ｂにわたる幅方向において、下面２０ａ側の筺体の厚みが、上面２０ｂ側の筺体の厚みよりも厚くなっている。筺体２０の裏面の下面２０ａ側には、リチウムイオン電池やリチウムポリマー電池、燃料電池等の電池が搭載されており、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、筺体２０の下面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、下面２０ａ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、圧電振動部６０及び２つの弾性部材７０によって載置面上に３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。

図２は、図１の音発生器の概略側面図である。携帯電話機１０を載置面に載置したとき、表示部５０が斜め上を向くように、下面２０ａは、図２に示すように筺体２０の厚み方向に対して斜めになっている。下面２０ａにおける筺体２０の厚みＴ１は、上面２０ｂにおける筺体２０の厚みＴ２よりも厚くなっている。また、筺体２０は、所定の厚みＴ１を有する下面２０ａ側の第１の領域Ｗ１と、厚みＴ１よりも薄い厚みを有する上面２０ｂ側の第２の領域Ｗ２とを有する。筺体２０は、領域Ｗ２において、厚みＴ１からＴ２への移行部分となる傾斜部９０を有する。

第１の領域Ｗ１は、携帯電話機１０のユーザが、携帯電話機１０を左手に保持した状態で操作する際の保持部（グリップ）としての機能を有する。例えば、ユーザは、バッテリリッド２１を左手の掌に乗せ、左手の親指の腹で下面２０ａの付近においてパネル３０を抑え、左手の中指の先を傾斜部９０に添えることにより、携帯電話機１０を保持することができる。

このように、ユーザが携帯電話機１０を左手で保持したとき、ユーザの左手の親指の付け根は、下面２０ａ付近においてバッテリリッド２１に添えられ、左手の親指の第１関節は、筺体２０の下面２０ａと前面との接線上に添えられることとなる。従って、ユーザが安定して携帯電話機１０を保持できるようにするため、厚みＴ１は、親指の付け根から親指の第１関節までの長さ以下であることが好ましく、例えば、５０ｍｍ以下とすることができる。また、第１の領域Ｗ１の幅は、親指の付け根から中指の指先までの長さ以下とすることが好ましく、例えば、１５０ｍｍ以下とすることができる。

図３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。筺体２０の裏面側には、複数（図では２個）の電池８０が搭載される。携帯電話機１０は、筺体２０の下面２０ａ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、下面２０ａを下方にして載置面上に載置したときに、ほぼ鉛直方向に延在し、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。すなわち、本実施の形態においては、圧電振動部６０は、複数の電池８０間に配置される。

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４（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４（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４（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４（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５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６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、筺体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、筺体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が侵入しにくくなる。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６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、筺体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が筺体２０の下面２０ａから突出する。また、キャップ６３の突出部６３ｂは、筺体２０の下面２０ａと対向する面である対向面６３ｃを有する。図６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。

図７は、図１の携帯電話機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、制御部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、制御部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、下面２０ａ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、音発生器が載置され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、圧電振動部６０及び２つの弾性部材７０によって載置面１５０上に３点で支持される。また、携帯電話機１０を載置面１５０上に載置した状態において、表示部５０は斜め上を向いている。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、携帯電話機１０は、載置面１５０上に載置した状態で、重心Ｇを下面２０ａと上面２０ｂとの中間位置より下面２０ａ側に存在するように構成することができる。携帯電話機１０の重心Ｇを中間位置より下面２０ａ側にするために、筺体２０が備える電池８０の重心を中間位置より下面２０ａ側に位置するように構成してもよい。電池８０の重心を下げることにより、携帯電話機１０の重心Ｇを下げやすくなり、その結果、携帯電話機１０を安定して、載置面１５０上に載置することができる。

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が下面２０ａ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、例えば筺体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Ｌは、筺体２０の下面２０ａと交差する。これにより、図１０のように表示部５０が斜め上を向くように筺体２０全体が傾いている場合であっても、スタンドを使用することなく携帯電話機１０を自立させることができる。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、弾性部材７０の最下端部７０１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。

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、下面２０ａにおいて、領域Ｒ１側に設けられる。また、最下端部６０１は、下面２０ａにおいて、領域Ｒ２側に設けられる。

最下端部６０１は、下面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が下面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。

弾性部材７０は、下面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。

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、筺体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、筺体２０の下面２０ａ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、弾性部材７０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、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、弾性部材７０の最下端部７０１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６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、筺体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は、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。その結果、携帯電話機１０は、載置面１５０から良好な音を発生させることができる。

また、本実施の形態に係る音発生器によると、携帯電話機１０が下面２０ａ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の下面２０ａが、重心Ｇを通り載置面１５０に垂直をなす線と交差する。これにより、携帯電話機１０を傾けた状態でも、スタンドを使用せずに携帯電話機１０を自立させることができる。そのため、携帯電話機１０を自立させるために、キックスタンドを跳ね上げる等の操作が不要となる。また、携帯電話機１０を自立させることができるため、携帯電話機１０の荷重を、キックスタンド等で支持することなく効率的に圧電振動部６０にかけることができるため、圧電素子６１の振動を載置面１５０に効率良く伝えることができる。また、携帯電話機１０の重心Ｇが下面２０ａと上面２０ｂとの中間位置より下面２０ａ側に位置することにより、安定して携帯電話機１０を自立させることができる。特に、下面２０ａ側の厚みが上面２０ｂ側の厚みよりも厚いため、重心Ｇは下面２０ａ側に位置しやすくなる。更に、上述のように厚みを持たせた下面２０ａ側に重心Ｇを位置させることにより、ユーザが携帯電話機１０を保持して使用するときに、下面２０ａ側が保持部（グリップ）となり、ユーザは携帯電話機１０を保持しやすくなる。その結果、ユーザは、安定して携帯電話機１０を保持しながら、操作することができる。

また、携帯電話機１０が電池８０を複数備える場合には、電池８０が単数の場合と比較して重量が増すため、携帯電話機１０から圧電振動部６０に対してより強く圧力をかけることができる。その結果、圧電素子６１の振動を載置面１５０に効率良く伝えることができ、発生する音の音質を向上させることができる。

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。

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６に示すものに限られない。図１２（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１２（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１２（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１２（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１２（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５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１２（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。図１３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、筺体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筺体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が筺体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。筺体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。

更に、圧電振動部６０及び電池８０の配置は、図３で示したものに限られない。図１４（ａ）及び（ｂ）は、携帯電話機における圧電振動部及び電池の配置の変形例の概略構成を示すバッテリリッドを除いた後面図である。例えば、携帯電話機１０は、図１４（ａ）に示すように、内部に１つの電池８０を備え、下面２０ａ側の一方の側面付近に圧電振動部６０が設けられるように構成されていてもよい。また、携帯電話機１０は、図１４（ｂ）に示すように、下面２０ａ側の中央に圧電振動部６０が設けられ、圧電振動部６０に干渉しない形状の１つの電池８０を備えていてもよい。また、携帯電話機１０は、例えば内部に電池ホルダを備え、ユーザが電池ホルダに乾電池を設置して使用するように構成されていてもよい。

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、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 筺体
２０ａ 下面
２０ｂ 上面
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
８０ 電池
９０ 傾斜部
１００ 保持部
１０１ スリット
１０２ 接着剤
１０３ 充填剤
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 (11)

1. 筺体と、
   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、を備える音発生器であって、
   当該音発生器を水平な載置面に載置すると、
   前記圧電振動部は、前記載置面と対向する前記筺体の下面に配置され、
   前記下面は、当該音発生器の重心を通り前記載置面に垂直をなす線と交差し、
   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前記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. 前記音発生器の重心は、前記下面と前記下面の逆側に位置する上面との中間位置より下面側に位置する、
   請求項１に記載の音発生器。
3. 前記筺体は内部に電池を備え、
   該電池の重心は、前記下面と前記上面との中間位置より下面側に位置する、
   請求項２に記載の音発生器。
4. 前記電池を複数備え、
   前記圧電振動部は、該複数の電池間に配置される、
   請求項３に記載の音発生器。
5. 前記筺体は表示部を備え、
   当該音発生器を前記載置面に載置すると、前記表示部が斜め上を向いている、
   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. 前記下面の厚みは、前記下面の逆側に位置する上面の厚みより厚い、
   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. 前記筺体は、前記下面側の第１の領域が所定の厚みを有し、前記下面とは逆側の上面側の第２の領域が前記所定の厚みよりも薄い厚みを有する、
   請求項１乃至請求項６に記載の音発生器。
8. 前記所定の厚みは、５０ｍｍ以下である、請求項７に記載の音発生器。
9. 前記第１の領域の幅は、１５０ｍｍ以下である、請求項７又は８に記載の音発生器。
10. 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９のいずれか一項に記載の音発生器。
11. 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１０のいずれか一項に記載の音発生器。

Images