JP2017073796A - 音発生器 - Google Patents

Abstract

【課題】小型軽量化が可能で、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】筐体２０と、筐体２０内に配置された圧電素子６１を有する圧電振動部６０と、圧電振動部６０に接触しない非接触状態と接触する接触状態とを取りうる加振部９１と、加振部９１に圧電振動部６０を介して荷重を与える錘と、を備え、接触状態において、加振部９１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の変形により加振部９１が接触する接触面１５０を振動させて接触面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。

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、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、内部で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。

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、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画像表示装置は、
筐体と、
該筐体内に配置された圧電素子を有する圧電振動部と、
該圧電振動部に接触しない非接触状態と接触する接触状態とを取りうる加振部と、
該加振部に前記圧電振動部を介して荷重を与える錘と、を備え、
前記接触状態において、前記加振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加振部が接触する接触面を振動させて該接触面から音を発生させる。

前記加振部を有し、前記筐体に変位可能なカバー部を備え、
前記カバー部は、第１の位置で前記加振部を前記接触状態とし、第２の位置で前記加振部を前記非接触状態にするとともに前記圧電振動部を保護するものであってもよい。

前記圧電素子は、前記カバー部が前記第１の位置にある状態で駆動され、前記カバー部が前記第２の位置にある状態では駆動されないものであってもよい。

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加振部に伝えて前記加振部を振動させる被覆部材を含んでいてもよい。

前記加振部は、前記圧電振動部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、小型軽量化が可能で、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２の圧電振動部と加振部との接触状態の部分拡大断面図である。 図２のカバー部の第１の位置及び第２の位置を示す模式図である。 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加振部、突起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。 圧電振動部の保持形態の三つの変形例を示す図である。 円形状のカバー部を備える音発生器の概略構成を示す外観斜視図である。 図１３のカバー部の第１の位置及び第２の位置を示す模式図である。 カバー部の変形例を示す要部の概略構成を示す図である。

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、弾性部材７０と、カバー部９０とを有する。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。

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の筐体２０の一方の長辺の側面２０ａ側に、シート状の弾性部材７０と、筐体２０内部の圧電振動部６０（図２参照）を保護するためのカバー部９０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。カバー部９０は、加振部９１と突起部９２とを有する。カバー部９０は、筐体２０に変位可能に設けられている。携帯電話機１０のユーザは、指で突起部９２を操作することにより、カバー部９０を動かして、矢印９１０で示すように、側面２０ａ上を長手方向にスライドするように変位させることができる。携帯電話機１０は、側面２０ａ側を下方にして机等の水平な接触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、弾性部材７０及び加振部９１によって接触面上に２点で支持される。弾性部材７０及び加振部９１の配置については、後述する。

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。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８１等が搭載される。また、筐体２０内には、圧電素子６１を有する圧電振動部６０が配置されている。携帯電話機１０は、筐体２０の裏面側に、加振部９１が変位するための空間となる凹部２００を有する。凹部２００は、側面２０ａに平行な面２０ｂを有する。また、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、面２０ｂ側に開口する一様な幅を有するスリット１０１を有する。また、携帯電話機１０は、筐体２０の裏面側に、カバー部９０の両端を収納保持する保持部９００及び保持部９０１を備える。図２では、カバー部９０は、その一部が保持部９０１に収納保持された状態となっている。

図６において後述するように、カバー部９０が変位することにより、加振部９１は、圧電振動部６０に接触する接触状態と接触しない非接触状態とを取りうる。接触状態において、携帯電話機１０は、側面２０ａ側を下方にして机等の水平な接触面上に載置された際、圧電振動部６０を介して加振部９１に荷重を与える錘（音発生器の錘）として作用する。

圧電振動部６０は、圧電素子６１と、Ｏリング６２と、圧電素子６１を保護する被覆部材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、加振部９１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。

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。

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、筐体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、被覆部材６３が挿入されて、接着剤１０２により固定される。

被覆部材６３は、積層型圧電素子６１による伸縮振動を、加振部９１に確実に伝達できる材質、例えば硬質プラスチックにより形成される。被覆部材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、先端部が平面形状に形成されている。なお、突出部６３ｂの先端部は、平面形状に限らず、加振部９１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、被覆部材６３の突出部６３ｂが面２０ｂから突出する。また、被覆部材６３の突出部６３ｂの先端は、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が伸縮しない状態で、面２０ｂから長さｄだけ離間している。

加振部９１は、積層型圧電素子６１による伸縮振動を机等の接触面に確実に伝達できる材質、例えば金属やセラミック、硬質プラスチック等により形成される。加振部９１は、積層型圧電素子６１の振動の伝達を阻害しないように可撓性を有するカバー部９０により、両端から保持される。加振部９１は、筐体２０の側面２０ａ側において、被覆部材であるキャップ９４を有する。キャップ９４は、接着剤１０２により固定される。キャップ９４は、加振部９１を介して伝達される積層型圧電素子６１による伸縮振動を、机等の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、接触面の傷つきを抑制したい場合には、キャップ９４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。なお、カバー部９０は、加振部９１への積層型圧電素子６１の振動の伝達を阻害しない構造であれば、可撓性を有する必要はなく、加振部９１と同じ材質を用いてもよい。その際、カバー部９０と加振部９１は一体で成形されてもよい。

図６（ａ）は、圧電振動部６０と加振部９１との接触状態を示しており、このときカバー部９０は第１の位置にある。また、図６（ｂ）は、圧電振動部６０と加振部９１との非接触状態を示しており、このときカバー部９０は第２の位置にある。携帯電話機１０のユーザは、突起部９２を操作することにより、カバー部９０（加振部９１）を変位させ、第１の位置と第２の位置とを切り替えることにより、圧電振動部６０と加振部９１との接触状態と非接触状態とを切り替えることができる。図６（ａ）の第１の位置は、携帯電話機１０から音を発生させる場合に使用される。すなわち、圧電振動部６０と加振部９１とが接触しているため、圧電素子の振動が、加振部９１を介して、机等の接触面に伝達される。一方、図６（ｂ）の第２の位置は、携帯電話機１０から音を発生させない場合に使用される。この場合、圧電振動部６０と加振部９１とが接触していないため、圧電素子の振動は、接触面に伝達されない。さらに、非接触状態においては、圧電振動部６０がカバー部９０によって保護されている。そのため、例えば携帯電話機１０が落下し、落下場所から側面２０ａに衝撃が与えられたとしても、カバー部９０が衝撃を受けるため、落下時の衝撃から圧電振動部６０を保護することができる。

さらに、カバー部９０は、圧電素子６１に音信号を入力するためのスイッチとして機能する。図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、カバー部９０は、保持部９０１側の端部にスイッチ部９３を備える。スイッチ部９３は例えば導通金属を有し、保持部９０１は、端面９０１ａにおいて、圧電素子６１に音信号を入力する回路の一部となる２つの端子を有する。そして、カバー部９０の第１の位置において、図６（ａ）に示すように、スイッチ部９３が端面９０１ａと接触し、端面９０１ａに設けられた２つの端子がスイッチ部９３の導通金属を介して接続される。そうすると、圧電素子６１に音信号を入力する回路が導通し、圧電素子６１に信号が入力される結果、圧電振動部６０が駆動され、その振動が加振部９１を介して接触面に伝達される。このようにして、携帯電話機１０は、接触面から音を発生させる。一方、カバー部９０が第２の位置に変位し、圧電振動部６０と加振部９１とが非接触状態になると、この回路が導通しないため、圧電素子６１に音信号が入力されず、圧電振動部６０は駆動されない。そのため、携帯電話機１０は音を発生させない。

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。

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、加振部９１、突起部９２及び弾性部材７０の配置について説明する。図１０は、カバー部９０が第１の位置にある場合において、携帯電話機１０が、側面２０ａ側を下方にして机等の水平な接触面１５０上に載置された様子を示す。ここで、机は、本発明の被接触部材の一例であり、接触面１５０は、音発生器が接触する接触面の一例である。図１０に示すように、携帯電話機１０は、加振部９１及び弾性部材７０によって接触面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、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接触面１５０上に載置されたとき接触面１５０と当接する箇所である。

加振部９１は、最下端部９１１を有する。最下端部９１１は、加振部９１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接触面１５０上に載置されたとき接触面１５０と当接する箇所である。最下端部９１１は、例えばキャップ９４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が側面２０ａ側を下方にして机等の水平な接触面１５０上に載置されたときに、加振部９１が存在しないと仮定した場合に接触面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が側面２０ａ側を下方にして机等の水平な接触面１５０上に載置されたとき、携帯電話機１０の重心Ｇを通り接触面１５０に垂直な線（仮想の線）である。また、一点鎖線Ｉは、加振部９１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、側面２０ａにおいて、領域Ｒ１側に設けられる。また、加振部９１は、側面２０ａにおいて、領域Ｒ２側に設けられる。

加振部９１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を介して加振部９１にかかる荷重が、加振部９１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。

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接触面１５０に載置することができる。

加振部９１の最下端部９１１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よりも接触面１５０側に位置するとよい。すなわち、最下端部９１１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よりも接触面１５０側に突出しているとよい。これにより、圧電振動部６０により接触面１５０を適切に振動させることができる。

また、加振部９１の最下端部９１１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よりも接触面１５０側に位置するとよい。すなわち、最下端部９１１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よりも接触面１５０側に突出しているとよい。また、突起部９２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よりも筐体２０側に位置するとよい。これにより、携帯電話機１０の最下端部２０１及び突起部９２が接触面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２０１又は突起部９２と接触面１５０との間で異音が発生しにくくなる。

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接触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が加振部９１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。

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、カバー部９０は第１の位置にあり、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、加振部９１のキャップ９４及び弾性部材７０が机等の接触面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、加振部９１には、圧電振動部６０を介して携帯電話機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。

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は伸縮振動する。図１１（ｂ）は、積層型圧電素子６１が伸びたときの状態を誇張して示している。加振部９１は、圧電振動部６０から力を受け、カバー部９０がたわむことによって、積層型圧電素子６１の静止状態（図１１（ａ）に示す状態）よりも、筐体２０から接触面１５０側へ突出する。図１１（ｃ）は、積層型圧電素子６１が縮んだときの状態を誇張して示している。このとき、携帯電話機１０の荷重がかかることによってカバー部９０がたわみ、加振部９１は、積層型圧電素子６１の静止状態よりも筐体２０側に引っ込む。このようにして、図１１（ｂ）及び（ｃ）に示す状態を繰り返すことにより、加振部９１は、弾性部材７０の接触面１５０への接触部分を支点として、キャップ９４が接触面１５０から離間することなく、再生音信号に応じて振動する。なお、下端部２０１が接触面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の伸縮振動が加振部９１を通して接触面１５０に伝達されて接触面１５０が振動し、接触面１５０が振動スピーカとして機能して接触面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、接触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９４の先端部は、積層型圧電素子６１が最も伸びたときに、加振部９１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）よりも接触面１５０側に位置するとよい。また、キャップ９４の先端部は、積層型圧電素子６１が最も縮んだときに、上記仮想線よりも接触面１５０側に位置するとよい。

また、図５に示す面２０ｂと突出部６３ｂの先端との距離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、加振部９１が突出部６３ｂから離間することなく、積層型圧電素子６１の振動を接触面１５０に伝達することができる。

加振部９１及び圧電振動部６０の配置箇所、積層型圧電素子６１の積層方向の長さ、キャップ９４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、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。しかも、被覆部材６３を介して積層型圧電素子６１を加振部９１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、加振部９１のキャップ９４を接触面１５０に接触させると、圧電振動部６０を介してキャップ９４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９４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。

また、本実施の形態に係る音発生器によると、音発生器を使用して音を発生させない場合には、カバー部９０を操作することにより、圧電振動部６０と加振部９１とを非接触状態にすることができる。そうすることで、圧電振動部６０は、カバー部９０により覆われるため、外部の衝撃から保護される。さらに、本実施の形態に係る音発生器によると、カバー部９０の変位による第１の位置と第２の位置との切替えが、圧電素子６１への音信号のスイッチ機能に連動されている。そのため、音発生器を使用して音を発生させない場合、カバー部９０を第２の位置に変位させることにより、圧電振動部６０と加振部９１とが非接触状態になるとともに、圧電素子６１に音信号が入力されないようにすることができる。このように、カバー部９０の操作と圧電素子６１への音信号のスイッチ機能を連動することにより、カバー部９０とスイッチとを別に設ける場合と比較して、操作の簡略化を実現することができる。

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接触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５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、面２０ｂ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の面２０ｂ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、面２０ｂ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。

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、カバー部９０が筐体２０の側面２０ａに配置され、加振部９１が側面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、例えば、圧電振動部６０及びカバー部９０がバッテリリッド２１に設けられ、加振部９１がバッテリリッド２１から突出していてもよい。

また、カバー部９０は、図１で示したように側面２０ａ上を長手方向にスライドさせるものに限られない。例えば、図１３に示すように、カバー部９０は、円形状であり、矢印９１０の方向に回転させて操作するように構成してもよい。

図１４は、円形状のカバー部の動作を示した図である。図１４（ａ）は圧電振動部６０と加振部９１との接触状態を示しており、このときカバー部９０は第１の位置にある。図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のＡ−Ａ断面図である。また、図１４（ｃ）は、圧電振動部６０と加振部９１との非接触状態を示しており、このときカバー部９０は第２の位置にある。図１４（ｄ）は、図１４（ｃ）のＡ−Ａ断面図である。携帯電話機１０のユーザは、突起部９２を操作することにより、カバー部９０（加振部９１）を回転方向に変位させ、第１の位置と第２の位置とを切り替えることにより、圧電振動部６０と加振部９１との接触状態と非接触状態とを切り替えることができる。図１４（ａ）の第１の位置は、携帯電話機１０から音を発生させる場合に使用される。すなわち、図１４（ｂ）に示すように圧電振動部６０と加振部９１とが接触しているため、圧電素子の振動が、加振部９１を介して、机等の接触面に伝達される。一方、図１４（ｃ）の第２の位置は、携帯電話機１０から音を発生させない場合に使用される。この場合、図１４（ｄ）に示すように圧電振動部６０と加振部９１とが接触していないため、圧電素子の振動は、接触面に伝達されない。さらに、非接触状態においては、圧電振動部６０がカバー部９０によって保護されている。そのため、例えば携帯電話機１０が落下し、落下場所から側面２０ａに衝撃が与えられたとしても、カバー部９０が衝撃を受けるため、落下時の衝撃から圧電振動部６０を保護することができる。

また、円形状のカバー部９０は、圧電素子６１に音信号を入力するためのスイッチとして機能する。円形状のカバー部９０は、図１４（ｂ）に示すように、例えば、カバー部９０の回転軸を挟んで加振部９１の反対側であり、且つ筐体２０の内部側に、導通金属を有するスイッチ部９３を備える。また、カバー部９０を保持する筐体２０の一部分である保持部材２１０は、接触面２１０ａにおいて、圧電素子６１に音信号を入力する回路の一部となる２つの端子を有する。そして、カバー部９０の第１の位置において、図１４（ｂ）に示すように、スイッチ部９３が接触面２１０ａと接触し、接触面２１０ａに設けられた２つの端子がスイッチ部９３の導通金属を介して接続される。そうすると、圧電素子６１に音信号を入力する回路が導通し、圧電素子６１に信号が入力される結果、圧電振動部６０が駆動され、その振動が加振部９１を介して接触面に伝達される。このようにして、携帯電話機１０は、接触面から音を発生させる。一方、カバー部９０が第２の位置に変位し、圧電振動部６０と加振部９１とが非接触状態になると、この回路が導通しないため、圧電素子６１に音信号が入力されず、圧電振動部６０は駆動されない。そのため、携帯電話機１０は音を発生させない。

また、カバー部は、図６又は図１４に示す形状のものに限られない。例えば、図１５（ａ）に示すように、カバー部９０は、加振部９１の両端に、カバー部９０の厚みよりも厚みが小さいくびれ部９５を備えていてもよい。くびれ部９５を備えることにより、加振部９１が振動しやすくなるため、圧電素子６１の振動をより効率的に接触面１５０に伝達することができる。また、例えば、図１５（ｂ）に示すように、カバー部９０は、加振部９１において圧電振動部６０側にテーパ部９６を備えていてもよい。テーパ部９６を備えることにより、第２の位置から第１の位置にカバー部９０を変位させる際に、圧電振動部６０と加振部９１とが互いに干渉することなく、かつ確実に圧電振動部６０とカバー部９０とが接触状態になるよう、スムーズにカバー部９０を変位させることができる。

更に、スイッチ部９３は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、スイッチ部９３として、カバー部９０においてスイッチ部９３を有する端部と端面９０１ａとが接触しているか否か、すなわちカバー部９０が第１の位置にあるか否かを検出する検出スイッチを、カバー部９０に設けてもよい。この場合、検出スイッチは、カバー部９０が第１の位置にあることを検出した場合、圧電素子６１に音信号を入力し、カバー部９０が第１の位置にあることを検出していない場合、すなわちカバー部９０が第２の位置にある場合、圧電素子６１に音信号を入力しないように構成される。

その他、例えば、加振部９１はキャップ９４を省略し、加振部９１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、突起部９２を省略してもよい。この場合、ユーザは、例えば加振部９１を指で動かすことにより、カバー部９０を動かすことができる。

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接触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。

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。

１０ 携帯電話機
２０ 筐体
２０ａ 側面
２０ｂ 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 被覆部材
９０ カバー部
９１ 加振部
９２ 突起部
９３ スイッチ部
９４ キャップ部
９５ くびれ部
９６ テーパ部
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 接触面
９００、９０１ 保持部
９０１ａ 端面

上記目的を達成する本発明に係る画像表示装置は、
筐体と、
該筐体内に配置された圧電素子を有する圧電振動部と、
該圧電振動部に接触しない非接触状態と接触する接触状態とを取りうる加振部と、
該加振部に前記圧電振動部を介して荷重を与える錘と、を備え、
前記接触状態において、前記加振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加振部が接触する接触面を振動させて該接触面から音を発生させる。
前記加振部は、前記接触状態において、前記圧電振動部よりも前記接触面に近い側において、当該圧電振動部に接触するものであってもよい。
前記加振部は、前記筐体の面に沿った方向にスライドして変位することにより、前記非接触状態と前記接触状態とを取り得るものであってもよい。
前記接触面は、前記音発生器が載置される載置面であってもよい。

Claims (6)

1. 筐体と、
   該筐体内に配置された圧電素子を有する圧電振動部と、
   該圧電振動部に接触しない非接触状態と接触する接触状態とを取りうる加振部と、
   該加振部に前記圧電振動部を介して荷重を与える錘と、を備え、
   前記接触状態において、前記加振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加振部が接触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。
2. 前記加振部を有し、前記筐体に変位可能なカバー部を備え、
   前記カバー部は、第１の位置で前記加振部を前記接触状態とし、第２の位置で前記加振部を前記非接触状態にするとともに前記圧電振動部を保護する、
   請求項１に記載の音発生器。
3. 前記圧電素子は、前記カバー部が前記第１の位置にある状態で駆動され、前記カバー部が前記第２の位置にある状態では駆動されない、
   請求項２に記載の音発生器。
4. 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３のいずれか一項に記載の音発生器。
5. 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加振部に伝えて前記加振部を振動させる被覆部材を含む、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. 前記加振部は、前記圧電振動部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、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。

Images