JP2018067976A - 音発生器、音発生器用圧電振動部及び音発生システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡便に構成できる音発生器、音発生器用圧電振動部及び音発生システムを提供する。【解決手段】積層方向に沿って伸縮変形する積層型圧電素子６１を有する圧電振動部６０を備える音発生器は、音発生器が接触面１５０に接触し、圧電振動部６０に荷重が与えられた状態で、積層型圧電素子６１に音信号を印加することで積層型圧電素子６１が変形して圧電振動部６０が変形し、圧電振動部６０の変形により接触面１５０を振動させて接触面１５０から音を発生させ、圧電振動部６０の、積層型圧電素子６１の伸縮方向における一端が自機の外部へ開放されている。【選択図】図１０

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、音発生器用圧電振動部及び音発生システムに関するものである。

従来の振動発生装置としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。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。また、特許文献２には、弾性体から構成される錘を有し、当該錘が圧電振動子の振動により湾曲等の変形を生じ、この変形により被振動体を振動させるものが開示されている。また、特許文献３には、錘の荷重を受ける弾性体が、圧電振動子の振動により湾曲等の変形を生じ、この変形により被振動体を振動させるものが開示されている。また、特許文献４には、弾性体が、圧電振動子の振動により湾曲等の変形を生じ、この変形により被振動体を振動させるものが開示されている。

実開平５−８５１９２号公報 特開２００７−７４６６３号公報 特開２００９−２７４１３号公報 特開２００９−２７３２０号公報

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、装置の部品点数の増加が避けられない。また、特許文献２乃至特許文献４に記載の装置は、振動体として圧電素子が用いられているが、これらの装置は、弾性体の変形の自由度を確保するために装置内部に弾性体が湾曲できる程度の空間を設ける必要があり、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、簡便に構成できる音発生器、音発生器用圧電振動部及び音発生システム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、
積層方向に沿って伸縮変形する積層型圧電素子を有する圧電振動部を備える音発生器であって、
前記音発生器が接触面に接触し、前記圧電振動部に荷重が与えられた状態で、前記積層型圧電素子に音信号を印加することで該積層型圧電素子が変形し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接触面を振動させて該接触面から音を発生させ、
前記圧電振動部の、前記積層型圧電素子の伸縮方向における一端が自機の外部へ開放されている。

前記音発生器は、
前記圧電振動部に荷重を与える錘を備え、
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、前記積層型圧電素子が変形し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ってもよい。

更に、上記目的を達成する本発明に係る音発生システムは、
積層方向に沿って伸縮変形する積層型圧電素子を有する圧電振動部を備える音発生器と、
前記音発生器が接する接触面を有する被接触部材と、を備え、
前記圧電振動部に荷重が与えられた状態で、前記積層型圧電素子に音信号を印加することで該積層型圧電素子が変形し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被接触部材の前記接触面を振動させて該接触面から音を発生させ、
前記圧電振動部の、前記積層型圧電素子の伸縮方向における一端が自機の外部へ開放されている。

本発明によれば、簡便に構成できる音発生器、音発生器用圧電振動部及び音発生システムを提供できる。

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。 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１の携帯電話機の要部の機能ブロック図である。 図６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７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。 本発明の他の実施の形態に係る音発生器の外観斜視図である。 図１１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。 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。

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、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。

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、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。

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。本実施の形態に係る携帯電話機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、側面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、防水用の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１６層または２４層積層した）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、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。

このような積層型圧電素子６１は、従来より自動車の燃料噴射制御に用いられていた。本発明者は、このような積層型圧電素子６１が、音発生器が机等に接触する接触面から音響を発生させるための振動素子として十分有効に動作することを、今回実験により確認した。

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、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、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（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の外周に防水用のＯリング６２が配置される。Ｏリング６２は、例えばシリコーンによって形成される。Ｏリング６２によって、スリット１０１の内部に水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（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。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。

図６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７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８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と共に、積層型圧電素子６１の発熱を抑制することができる。

次に、図９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９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、本発明の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９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。

図９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。

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。

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。

図９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。

図９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。

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。

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。

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。

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。

図１０（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１０（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、本発明に係る音発生器の錘として作用する。なお、図１０（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１０（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、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１０１とを結ぶ線（図９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１０（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。

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。

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（接触面）１５０に伝達するので、載置面（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、載置面（接触面）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（接触面）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（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を載置面（接触面）１５０に確実に接触させて、圧電振動部６０の伸縮振動を載置面（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は、主として積層型圧電素子の振動を直接的に接触面（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従来技術と異なり、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。図１１を用いて、本発明の他の実施の形態に係る音発生器について説明する。図１１は、本発明の他の実施の形態に係る音発生器の外観斜視図である。以下、図１乃至図１０に示す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。

本発明に係る音発生器は、図１１に示すように、筐体２０の側面２０ａに、弾性部材７１を備えていても良い。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。

次に、図１２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１２は、図９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１２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。

図１２において、点線Ｌは、図９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。

図１２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。

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。

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。

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。

また、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。例えば、図１３（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１３（ａ）に示す保持部１００は、側面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の側面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１３（ｂ）に示す保持部１００は、側面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１３（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１３（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、防水用の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１３（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。図１４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、筐体２０の側面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筐体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（接触面）に伝達されて、載置面（接触面）が振動スピーカとして機能して載置面（接触面）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７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７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が筐体２０の側面２０ａに配置され側面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。

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。

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。

１０ 携帯電話機
２０ 筐体
２０ａ 側面
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
７１ 弾性部材
１００ 保持部
１０１ スリット
１０２ 接着剤
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（接触面）

Claims (3)

1. 積層方向に沿って伸縮変形する積層型圧電素子を有する圧電振動部を備える音発生器であって、
   前記音発生器が接触面に接触し、前記圧電振動部に荷重が与えられた状態で、前記積層型圧電素子に音信号を印加することで該積層型圧電素子が変形し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接触面を振動させて該接触面から音を発生させ、
   前記圧電振動部の、前記積層型圧電素子の伸縮方向における一端が自機の外部へ開放されている、
   音発生器。
2. 前記圧電振動部に荷重を与える錘を備え、
   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、前記積層型圧電素子が変形し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接触面を振動させて該接触面から音を発生させる
   請求項１に記載の音発生器。
3. 積層方向に沿って伸縮変形する積層型圧電素子を有する圧電振動部を備える音発生器と、
   前記音発生器が接する接触面を有する被接触部材と、を備え、
   前記圧電振動部に荷重が与えられた状態で、前記積層型圧電素子に音信号を印加することで該積層型圧電素子が変形し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被接触部材の前記接触面を振動させて該接触面から音を発生させ、
   前記圧電振動部の、前記積層型圧電素子の伸縮方向における一端が自機の外部へ開放されている、
   音発生システム。

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