JP5182516B2 - 圧電スピーカ及び圧電スピーカを備えた電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、圧電素子を用いた圧電スピーカ、及びこの圧電スピーカを備えた携帯電話機、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、携帯ゲーム機器等の電子機器に関する。

圧電スピーカは、電圧を印加すると変形する圧電素子を振動子として利用して、電気信号を音響に変換する。音響は、音声のほか、アラームやメロディ等様々であるが、以下では音声を例にして説明を進める。
圧電スピーカにおいては、圧電スピーカ内で保持された振動板に、円形の圧電素子が貼り付けられている。この圧電素子に、電気信号を印加すると、印加された電気信号に応じて圧電素子が変形する。印加される電気信号は入力音声信号に応じて電圧及び電流が様々に変化するので、圧電素子の変形は入力音声信号の変化に応じた変形運動となる。圧電素子の変形運動は、圧電素子が貼付された振動板に伝えられ、振動板が振動することにより周囲の空気を振動させて、音声が生成される。
圧電スピーカの振動板は、できる限り大きな振動面で、できる限り大きな振幅で、自由に振動可能であることが望ましい。なぜならば、振動板が大きな振動面で、大きく振動可能であれば、大きな音圧で、大音量の音声の生成が可能となるからである。また振動板が自由に振動可能であれば、圧電素子の変形運動が効率よく振動運動に変換されることとなり、圧電素子に入力された信号を、より正確に再生すること可能となるからである。
そこで振動板の支持方法に関して、様々な方法が提案されている。より具体的には、振動板の支持部材や、支持構造などが提案されている（例えば、特許文献１：特開２００５−１３０１５６号公報、特許文献２：特開２００１−１１９７９５号公報、特許文献３：特開平１０−１６４６９４号公報参照）。
図１を参照して、振動板の支持構造の一例を説明する。
図１に示される振動板の支持構造においては、振動板１１は圧電スピーカの筐体１２と圧電スピーカ内部の構造部（カバー１３）との間に、スペーサ１４と１５を介して支持されている。スペーサ１４、１５として、例えばシリコーンゴムなど、適度な弾性を有する部材を用いることにより、振動板１１が相応の自由度を保ちつつ構造部に保持される構造となっている。
しかしながら、圧電スピーカの振動板の支持構造において、振動運動の自由度のみを追求すると、圧電スピーカの音響特性が一部劣化するという問題が生じる。具体的には、信号入力開始時の立ち上がり時の再生特性や、小さな音圧の信号の再生特性が劣化するという問題を生じる。
この問題は、振動板が音声を生成するための動きが、振動面に垂直方向の往復運動であるのに対して、圧電素子の変形は、振動板の面に対して平行な伸縮運動であり、両者が全く異なる方向の運動であることに起因する。
以下に、圧電スピーカにおいて、圧電素子の伸縮運動を、振動板の垂直方向の往復運動に変換する仕組みを説明する。
圧電スピーカに音声信号が入力されると、圧電素子に電気信号が印加され、圧電素子が伸長する。圧電素子が伸長すると、振動板もそれに伴って引き延ばされる。
ここで振動板が、圧電素子の伸長分以上の伸長が可能であり、理想的な状態で支持されていて、振動板の伸長を阻害する要因が全く無ければ、振動板は、圧電素子の伸長分だけ、振動面に平行に自由に引き伸ばされる。しかしながら、振動板は支持構造により支持されているので、ある程度まで伸長した時点で、支持構造から反力が生じ、伸長が阻止される。振動板の伸長が阻止されると、振動板の振動面に平行な方向へ広がろうとする動きは行き場を失って、振動板は屈曲を開始する。この振動板の屈曲により、圧電素子の伸長が、振動板の垂直方向の運動に変換される。一旦屈曲を開始すると、振動板の動きは屈曲運動として勢いを得て、以降の圧電素子の伸縮運動は、振動板の屈曲運動に変換され、振動運動となる。
圧電スピーカにおいては、上記のような過程を経て、圧電素子の伸縮運動が、振動板の屈曲運動へと変換され、最終的に振動板が振動する。また振動板が振動運動を開始するためには、振動板が最初に屈曲運動を開始するための“引き金”が必要となる。
上記の点を、図２Ａ〜図２Ｄに示す具体例を用いて説明する。図２Ａ〜図２Ｄは、無音状態（無入力状態）の圧電スピーカが、振動板を振動させて音声の生成を開始するまでを、時間経過に従って４段階で示した図である。
圧電スピーカは、圧電素子２１と、振動板２２と、保持部材２３、２４、２５、２６とから構成される。圧電素子２１は、その伸縮運動が振動板２２に伝導するよう、振動板２２に密着して貼付されている。保持部材２３〜２６は、シリコーンゴムなどの適度な弾性を有する部材であり、図示されない筐体やカバー部（以下、筐体として説明する）に、それぞれの一端が取付固定されている。さらに保持部材２３〜２６のそれぞれは別の一端で振動板２２に接着されている。即ち、保持部材２３〜２６は、振動板２２と筐体との間に位置して、振動板２２を筐体に保持、固定している。同時に保持部材２３〜２６の弾性により、振動板２２の保持、固定は可撓性接続となり、振動板２２が音声を生成する程度に振動運動する自由度を確保している。
図２Ａでは、圧電スピーカへ音声信号が入力されておらず、無音の状態で停止した、初期状態の圧電スピーカを示している。次に図２Ｂは、圧電スピーカへの音声信号の入力が開始され、圧電素子２１が伸長を開始した状態を示す。図２Ｂから図２Ｃでは、圧電素子２１が伸長し、それに伴って振動板２２も伸長している。図２Ｂ及び図２Ｃの段階では、振動板２２の伸長は、保持部材２３〜２６の変形により吸収されている。しかし、図２Ｂから図２Ｃへと振動板２２の伸長が進むにつれて、保持部材２３〜２６からの反力ＲＦ１，ＲＦ２も増加する。図２Ｄの段階に至り、保持部材２３〜２６からの反力ＲＦ１，ＲＦ２が、振動板２２の伸長しようとする力より大きくなり、圧電素子２１から伝導された振動板２２の伸長しようとする力は行き場を失う。行き場を失った伸長方向への力は、振動板２２をその中央部を隆起させるように屈曲させ、垂直方向に逃げる。こうして振動板２２が屈曲を開始する。以降、圧電素子２１の伸縮運動は、振動板２２の屈曲運動に連続的に変換されて振動板２２の振動運動となり、音声の生成が開始される。
以上のように、圧電素子２１の伸縮運動が、振動板２２の屈曲、振動運動へと変換されるためには、振動板２２の伸長運動が屈曲運動への変換を開始する上記のような“引き金”が必要となる。そして振動板２２が伸長動作を開始する早い段階から屈曲運動を開始させるためには、振動板２２を強い拘束力で保持する構造が望ましい。振動板２２を強い拘束力で保持する構造とは、例えば、図２Ａ〜図２Ｄに示す例においては、保持部材２３〜２６の弾性を弱め、硬質の保持部材とする。弾性が弱く硬質の保持部材であれば、保持部材は、小さな変形でも大きな反力を生じ、振動板２２の伸長が小さい段階で振動板２２の屈曲を開始させるからである。
しかしながら振動板２２を強い拘束力で保持する支持構造を採用すれば、“引き金”は早い段階で得られ、屈曲運動が速やかに開始されるものの、屈曲運動開始後の振動板２２の動きも阻害され、圧電スピーカの音響特性は損なわれてしまう。
逆に、音響特性を考慮して振動板２２の振動運動の自由度を高めると、振動板２２における屈曲運動の開始が阻害される。具体的には、振動板２２の振動開始が遅れるので、音声信号入力開始時の音声の再生開始が遅くなる。即ち、音声再生の立ち上がりが鈍くなる。また音声信号の入力が、小さな音量、音圧（振幅）に終始すると、圧電素子２１の変形も小さな伸縮運動に終始し、結果として最後まで振動板２２の屈曲運動が開始されず、最後まで音声が生成されないことさえ起こり得る。

本発明は、振動板の屈曲運動を速やかに開始可能とすると共に、屈曲運動開始後の振動板の動きを阻害することのない圧電スピーカを提供しようとするものである。

本発明は、入力信号に応じて変形する圧電素子と、前記圧電素子の変形により振動し音響を生成する振動板と、前記振動板の外縁部の少なくとも一部を保持する弾性部とを含む圧電スピーカに適用され得る。
本発明の態様によれば、圧電スピーカは、さらに前記振動板の振動面に接触して前記振動板の一部をロックするロック部を有する。該ロック部は、前記圧電スピーカに前記入力信号が入力されていない状態の時には前記振動板に接触して前記振動板の伸長を阻止し得るロック状態にあり、前記入力信号の入力直後に前記ロック状態が解除されることにより、前記弾性部による保持のもとで前記振動板が振動する。
前記ロック部の具体例として、以下のものがあげられる。
ロック部は、磁性を有するとともに外縁部の少なくとも一部を前記弾性部で保持され、前記振動板の外縁部近傍を一方の振動面側から押さえることのできるリング体と、前記弾性部で保持され、前記振動板の外縁部近傍において他方の振動面に接触、離反可能な磁石体とを含む。前記リング体と前記磁石体とが磁力で引き合って前記振動板を挟むことにより前記ロック状態となり、前記入力信号の入力直後に前記振動板の振動によって前記リング体と前記磁石体とが引き離されることにより、前記ロック状態が解除される。
前記磁石体は、前記振動板の外周方向に関して複数に分割された複数のラバー磁石からなることが好ましい。また、前記弾性部は、前記振動板の外周方向に関して複数に分割された複数の粘着テープからなり、各粘着テープが前記リング体、前記振動板、前記ラバー磁石のそれぞれの外周端部に接着され、しかも各粘着テープは前記リング体の接着部と前記振動板の接着部との間、前記振動板の接着部と前記ラバー磁石の接着部との間にそれぞれ遊びができるように接着されていることが好ましい。さらに、前記振動板は、前記磁石体が接触する箇所に、該磁石体と係合する凹部、凸部の少なくとも一方を有することが好ましい。

本発明による圧電スピーカは、信号入力前の初期状態においては振動板の一部をロック部により固定（ロック）し、信号が入力され振動板が屈曲運動を開始後は、ロックを解除し、振動板を開放状態で振動させる。これにより振動板の速やかな屈曲運動の開始と、振動板が高い自由度で、大きな振幅と大きな振動面で振動することの両立が可能となる。なぜならば、初期状態においては、振動板は、ロック部によるロックにより振動板の伸長動作に対する反力を得て速やかに屈曲運動を開始し、屈曲運動開始後においては、ロック部によるロックが解除されて拘束が取り除かれ、振幅と振動面が広がるからである。

図１は、従来の圧電スピーカの構造を模式的に示す図である。
図２Ａは、従来の圧電スピーカの動作を説明するための図である。
図２Ｂは、図２Ａに続く、従来の圧電スピーカの動作を説明するための図である。
図２Ｃは、図２Ｂに続く、従来の圧電スピーカの動作を説明するための図である。
図２Ｄは、図２Ｃに続く、従来の圧電スピーカの動作を説明するための図である。
図３は、本発明による圧電スピーカを備えた携帯電話機の構成を示すブロック図である。
図４は、本発明の第１の実施例による圧電スピーカを模式的に示す分解図である。
図５は、本発明の第１の実施例による圧電スピーカの一部を拡大して示す断面図である。
図６Ａは、本発明の第１の実施例による圧電スピーカの動作を説明するための断面図である。
図６Ｂは、図６Ａに続く、第１の実施例による圧電スピーカの動作を説明するための断面図である。
図６Ｃは、図６Ｂに続く、第１の実施例による圧電スピーカの動作を説明するための断面図である。
図６Ｄは、図６Ｃに続く、第１の実施例による圧電スピーカの動作を説明するための断面図である。
図６Ｅは、図６Ｄに続く、第１の実施例による圧電スピーカの動作を説明するための断面図である。
図７は、本発明の第２の実施例による圧電スピーカの一部を拡大して示す断面図である。
図８は、本発明の第３の実施例による圧電スピーカの一部を拡大して示す断面図である。
図９Ａは、本発明の第４の実施例による圧電スピーカの一部を信号入力無しの場合について示す拡大断面図である。
図９Ｂは、本発明の第４の実施例による圧電スピーカの一部を信号入力有りの場合について示す拡大断面図である。
図１０は、第２〜第４の実施例の組合せによる圧電スピーカの一部を拡大して示す断面図である。

本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図３は、本発明の実施例による圧電スピーカ３８を備えた電子機器の一例として、携帯電話機３０の構成を示す。
携帯電話機３０は、アンテナ部３１と、無線部３２と、表示部３３と、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３４と、ドライブ部３５と、入力部３６と、メモリ３７と、圧電スピーカ３８とを備えている。この携帯電話機３０において、圧電スピーカ３８は、例えば以下のように動作する。
アンテナ部３１を介して、無線部３２により無線信号を受信する。無線信号が例えば着信信号であると、ＣＰＵ３４は、着信に関する情報を表示部３３に表示するとともに、メモリ３７に格納された着信音や着信メロディの音響データを読み出す。ＣＰＵ３４は、読み出した音響データをドライブ部３５に入力する。ドライブ部３５は、入力された音響データに応じて圧電スピーカ３８を駆動し、圧電スピーカ３８は音響データに対応する音響を生成する。

図４を参照して、本発明の第１の実施例による圧電スピーカの構造を説明する。図４は、第１の実施例による圧電スピーカのうち、特に振動板の保持構造に係る部分を、模式的に分解図にて示している。
図４において、圧電スピーカ４０は、圧電素子４２と、振動板４３と、固定リング４４と、複数の粘着テープ（弾性部）４５と、複数のラバー磁石４６とからなる。圧電スピーカ４０は、図４において矢印が示すように各部位が組み合わされて作られる。即ち、振動板４３の一方の面の中央に、圧電素子４２が密着するように貼布される。次に、振動板４３と、固定リング４４及びラバー磁石４６の、それぞれの外周端部に粘着テープ４５を接着する。これにより、振動板４３の外縁部を、固定リング４４と複数のラバー磁石４６とで挟んで振動板４３を固定（ロック）する。
固定リング４４は、例えば金属製の材質であり、磁性を有している。また固定リング４４が一体構造であるのに対し、粘着テープ４５及びラバー磁石４６は、固定リング４４の円周に沿って複数に分割されている。さらに粘着テープ４５は、適当な弾性を有するとともに接着面にあそびを有している。ラバー磁石４６は、固定リング４４の円周に沿って複数に分割されていることと、弾性を有する粘着テープ４５が保持することにより、後述するような動作が可能となっている。なお図４において、圧電素子４２へ電気信号を印加するための配線等は図示を省略している。また以降の図においても同様に、説明に必要の無い限り、圧電素子４２へ電気信号を印加するための配線等は図示を省略している。
図５に、図４に示す圧電スピーカ４０が組み立てられた後の部分断面図を示す。図５は、図４に示す圧電スピーカ４０の外周部分の一部を拡大して示している。図５において、図４と対応する部品は、図４における参照番号と同じ参照番号を付与している。
図５に示すように、固定リング４４と、振動板４３と、ラバー磁石４６のそれぞれの外周端部に、粘着テープ４５が接着されている。５３は、粘着テープ４５の粘着箇所を示しており、３つの粘着箇所５３で、固定リング４４と、振動板４３と、ラバー磁石４６のそれぞれと、粘着テープ４５とが接着されている。また粘着テープ４５が、適当な弾性を有するので、５２で示されるたわみにより、固定リング４４と振動板４３との間、及び、振動板４３とラバー磁石４６との間に隙間（遊び）が存在している。たわみ５２により隙間が生じているものの、磁性を有する固定リング４４とラバー磁石４６は矢印５１で示す磁力で互いに引き合い、振動板４３を挟んで固定（ロック）している。このため、振動板４３は、固定リング４４とラバー磁石４６との間の磁力による引き合いを妨げない材料であることが望ましい。
ここで、これまでの圧電スピーカにおける振動板の保持部材は、粘着テープ４５に対応する。即ち、粘着テープ４５に相当する保持部材によってのみ振動板を保持する構造が、これまでの支持構造である。それに対して第１の実施例による圧電スピーカには、これまでの支持構造と比較して、固定リング４４と、ラバー磁石４６とが追加され、固定リング４４とラバー磁石４６とにより振動板４３を挟んで固定（ロック）する構造が追加されている。図４に矢印で示すように組み立てられた圧電スピーカは、例えば、固定リング４４の上部に両面テープを貼付し、圧電スピーカの筐体の一部へ貼り付けて取り付けられる。あるいはまた、組立て後の圧電スピーカ全体を、成型により作られた枠内に収容して接着剤で固着したものを筐体の一部に固定するようにしても良い。
次に図６Ａ〜図６Ｅを参照して、第１の実施例による圧電スピーカ４０の動作を説明する。以降の説明でも入力信号として音声信号が与えられる場合について説明する。図６Ａ〜図６Ｅは、圧電スピーカ４０が無音の静止状態（無入力状態）、即ち初期状態から、連続的に振動運動するまでを５段階の断面図で示している。また図６Ａ〜図６Ｅにおいて、図４と対応する部品は、図４における参照番号と同じ参照番号を付与している。
図６Ａに示される圧電スピーカ４０は、図５に示される圧電スピーカ４０と同じ初期状態を示す。即ち、この段階の圧電スピーカ４０は、静止状態あるいは無音状態にある。図６Ｂの時点で音声信号に対応する電気信号が圧電素子４２に印加され、圧電素子４２が伸長を開始する。振動板４３は、固定リング４４とラバー磁石４６で挟まれて固定されているので、粘着テープ４５のみにより保持、固定される場合よりも、振動板４３の伸長量が小さい時点から、伸長を押し戻そうとする反力ＲＦ１、ＲＦ２を生じる。即ち、固定リング４４とラバー磁石４６による振動板４３の挟持、固定（ロック）により、振動板４３の伸長は、圧電素子４２への電気信号の印加直後の早い段階から阻止され、これを”引き金”として振動板４３の伸長は屈曲運動に変換される。そして図６Ｃの時点で振動板４３は屈曲運動を開始する。このように、固定リング４４と複数のラバー磁石４６との組合せは、電気信号印加直後の振動板４３の伸長を阻止するロック機能を有するのでロック部と呼ばれても良い。
次に、圧電素子４２に印加される電気信号が変化して圧電素子４２が縮小すると、振動板４３は既に屈曲を開始して振動運動の勢いを得ているので、図６Ｄに示されるように、振動板４３は下向きに屈曲する。振動板４３が下向きに屈曲するため、磁力により引き合っていた固定リング４４とラバー磁石４６は、引き離される。固定リング４４とラバー磁石４６が引き離されて開放状態になると、図６Ｅに示すように、振動板４３は、粘着テープ４５の弾性のみの拘束で自由な振動（屈曲）運動を連続的に開始し、音声を生成する。即ち、有音の状態となる。なお図６Ｅでは、理解し易くするために、図の上方向に屈曲した振動板４３と、図の下方向に屈曲した振動板４３との双方を重ねて図示し、振動板４３の振動（屈曲）運動を模式的に示している。
図６Ｅに示されるように、振動板４３を拘束するのは粘着テープ４５の弾性力のみであり、図６Ａから図６Ｃの状態、即ち、固定リング４４とラバー磁石４６が振動板４３を挟んで固定する状態よりも弱い拘束となる。
また図６Ａから図６Ｃの状態では、振動板４３の振動は、図６Ａに拘束箇所６１を示すように、リング状の固定リング４４とラバー磁石４６の内径側のエッジによって拘束される。拘束箇所６１での拘束により、振動板４３の振動が制限される。しかし、図６Ｅの状態では、固定リング４４とラバー磁石４６による挟み込み（保持）、固定は開放されるので、振動板４３は粘着テープ４５との接着部６２を支点にして、振動板４３の面全体で振動（屈曲）運動することが可能となる。即ち、図６Ｅの状態は、図６Ａの状態よりも広い振動面で振動運動することが可能となる。このため圧電スピーカ４０は、固定リング４４とラバー磁石４６による挟み込み状態から開放されると、より高い自由度で、広い振動面での振動による音声の生成が可能となる。
圧電素子４２への電気信号の印加が終了し、振動板４３の振動が収束して音声の生成が終了すると、粘着テープ４５の弾性と、固定リング４４とラバー磁石４６との間の磁力により、再び固定リング４４とラバー磁石４６とが振動板４３を挟み込んで、固定する図６Ａの初期状態に戻る。
以上のように、振動板４３が屈曲運動を開始する前においては、固定リング４４とラバー磁石４６により振動板４３を挟んで、固定していることにより、電気信号の印加に伴って伸長しようとする振動板４３に屈曲運動開始のための反力を”引き金”として与える。そのため圧電スピーカ４０への音声信号入力の早い段階、あるいは圧電スピーカ４０への小さな音声信号入力に対しても、圧電スピーカ４０は屈曲運動を開始し音声を生成することが可能となる。さらに屈曲運動開始後には、固定リング４４とラバー磁石４６とによる振動板４３の挟み込みが開放され、振動板４３は、より大きな自由度、即ち、弱い拘束力、大きな振動面による大きな振幅で振動が可能となる。
またラバー磁石４６の数、即ち、円弧形状に分割したいくつのラバー磁石４６によって振動板４３の外縁部を固定するか、あるいはラバー磁石４６の磁力や重さ、さらには粘着テープ４５の弾性などの要素を、さまざまに変更して組み合わせることにより、振動板４３の固定状態と開放状態との切り替えの動作やタイミングを、さまざまに変更することが可能である。

図７に本発明の第２の実施例を示す。図７は、図４に対応する図であり、圧電スピーカ４０の外縁部分の一部を拡大した断面図で示している。図７では、図４と対応する部品は、図４における参照番号と同じ参照番号を付与している。
第２の実施例では、振動板４３に凸部７１を設けている。凸部７１は、振動板４３の挟み込み、固定状態において、ラバー磁石４６が振動板４３に接する位置に対応して設けられている。凸部７１は、振動板４３が伸長しようとする動きをより確実に阻止して反力を生じさせ、振動板４３に屈曲運動を開始させ固定状態（ロック状態）が解除される。
またラバー磁石４６の接触部（内径側のエッジ）に対して凸部７１の角度を様々に変更しても良い。例えば図７に示すように凸部７１の断面形状が三角形であれば、挟み込み、固定状態で、振動板４３が伸長すると、振動板４３を振動面に対して垂直に押し上げる作用を得ることが可能である。
なお、凸部７１は、振動板４３の振動面上に連続した完全な円を形成するようにリング状に設けられても良いし、あるいは、振動板４３に接する複数のラバー磁石４６のそれぞれのエッジに対応する部分に不連続的に設けられても良い。

図８に本発明の第３の実施例を示す。図８も図７と同様に、図４に対応する図であり、圧電スピーカ４０の外縁部分の一部を拡大した断面図で示している。図８においても、図４と対応する部品は、図４における参照番号と同じ参照番号を付与している。
第３の実施例においては、第２の実施例における凸部７１の代わりに、凹部８１を設けている。凹部８１は、振動板４３の挟み込み、固定状態において、ラバー磁石４６のエッジに対応する位置に設けられているため、第２の実施例と同様に、振動板４３が伸長しようとする動きをより確実に阻止して反力を生じさせ、振動板４３に屈曲運動を開始させて固定状態（ロック状態）を解除させる。第２の実施例と同様に、挟み込み、固定状態にあるラバー磁石４６のエッジに対して凹部８１の角度を様々に変更しても良い。例えば図８に示すように凹部８１の断面形状が三角形であれば、挟み込み、固定状態で、振動板４３が伸長すると、振動板４３を振動面に対して垂直に押し上げる作用を得ることが可能である。加えて、凹部８１は、振動板４３の振動面を一部削って溝を形成するという、容易な加工で実現することが可能である。

図９Ａ、図９Ｂに本発明の第４の実施例を示す。図９Ａ、図９Ｂは、図４に対応する図であり、圧電スピーカ４０の外縁部分の一部を拡大した断面図で示している。図９Ａ、図９Ｂにおいては、図４と対応する部品は、図４における参照番号と同じ参照番号を付与している。なお、振動板４３は、図８で説明した凹部８１を有するものを示しているが、図７で説明した凸部７１であっても良い。
以下では、第１〜第３の実施例との差異を中心に第４の実施例を説明する。
第４の実施例による圧電スピーカ４０においては、固定リング４４、粘着テープ４５は用いられず、振動板４３は、ギャザードエッジ（弾性部）１１１により圧電スピーカの筒状の筐体１１４に保持されている。ギャザードエッジ１１１は弾性を有しており、振動板４３の自由な運動が可能となっている。第１〜第３の実施例の初期状態において振動板４３を挟みこみ、固定していた固定リング４４、ラバー磁石４６の代わりに複数の円弧形状の保持部１１２が用いられている。複数の保持部１１２は、図４で説明したラバー磁石４６と同様、組立て後には全体として略リング形状になる。第４の実施例においては、保持部１１２は、全体が磁性体である必要はない。その代わりに保持部１１２の材質は、後述する仕組みや動作に十分な剛性や、適切な重さ（軽さ）であれば良い。保持部１１２の全体が磁性を有する必要は無いものの、保持部１１２は筐体１１４に対向する方の端部に磁石部１１３を有している。さらに筐体１１４であって、磁石部１１３に対向する位置には電磁石部１１５が設けられている。電磁石部１１５は、磁石部１１３と反発する方向に磁力を発生する。保持部１１２は、支点部１１０を支点に回動することが可能な回動体となっている。筐体１１４には、支点部１１０を間にして電磁石部１１５と対称となる位置にバネ部（伸長バネ）１１６が設けられている。バネ部１１６は、保持部１１２を振動板４３に接近させる方向に付勢している。電磁石部１１５と、バネ部１１６と、磁石部１１３と、支点部１１０とで、回動式の１つの電磁スイッチ１２０を構成している。
電磁スイッチ１２０は、制御部１１８からの電磁スイッチ駆動信号Ｓｓｄによって動作する。制御部１１８は、図３におけるドライブ部３５と同様に圧電素子４２を駆動する電気信号を生成し、さらに第４の実施例においては電磁スイッチ１２０の駆動信号Ｓｓｄを生成する。より具体的には、制御部１１８は、音声信号１１９が入力され、前述の電磁スイッチ駆動信号Ｓｓｄと、圧電素子駆動信号Ｓｐｄとを出力する。制御部１１８が出力した圧電素子駆動信号Ｓｐｄは、圧電素子４２に入力される。
次に、第４の実施例による圧電スピーカの動作を説明する。
図９Ａは、圧電スピーカ４０の初期状態を示している。初期状態においては、電磁スイッチ１２０は作動しておらず、バネ部１１６により保持部１１２が振動板４３に押し付けられ、保持部１１２はそのエッジが凹部８１に入り込んだ第１の位置にある。すなわち、電磁スイッチ１２０は、音声信号入力直後の振動板４３の伸長を阻止し得るロック状態にある。
音声を生成するための音声信号１１９が制御部１１８に入力されると、制御部１１８は、入力された音声信号１１９に対応して圧電素子駆動信号Ｓｐｄを出力する。出力された圧電素子駆動信号Ｓｐｄは、圧電素子４２に印加される。
圧電素子駆動信号Ｓｐｄの印加により、圧電素子４２は伸長を開始する。圧電素子４２の伸長に伴い、振動板４３が伸長しようとすると、振動板４３の伸長に対して、凹部８１と保持部１１２のエッジとの接合箇所で反力が生じ、これが”引き金”となって振動板４３は屈曲運動を開始する。
振動板４３が屈曲運動を開始した時点で、制御部１１８は電磁スイッチ駆動信号Ｓｓｄにより電磁スイッチ１２０を動作させる。電磁スイッチ１２０が動作すると、図９Ｂに示すように、電磁石部１１５が励磁されて電磁石部１１５と磁石部１１３が、バネ部１１６の付勢力よりも強い力で反発し合う。これにより、保持部１１２はそのエッジが、支点部１１０を中心に振動板４３から離れるように第２の位置まで回動する。その結果、振動板４３は、保持部１１２による保持、固定状態（ロック状態）から開放されて、ギャザードエッジ１１１にのみ拘束された自由な状態で、振動運動を開始する。このように、第４の実施例においては、制御部１１８と電磁スイッチ１２０との組合せが、電気信号印加直後の振動板４３の伸長を阻止するロック機能を有するロック部として作用する。
音声の生成が終了する時には、制御部１１８が、音声信号１１９から音声生成の終了を検出する。音声生成の終了を検出すると、制御部１１８は圧電素子駆動信号Ｓｐｄを音声信号１１９に応じて収束させる。さらに制御部１１８は、振動板４３の振動が収束した時点で、電磁スイッチ１２０をオフとし、圧電スピーカ４０を初期状態である図９Ａに示される状態に戻す。
以上のように、第４の実施例においては、電磁スイッチ１２０を用いることで、保持部１１２による振動板４３の保持、固定と開放の動作を、制御部１１８によって電気的に制御する。これにより保持部１１２による振動板４３の保持、固定と開放のタイミングを、より適切に、より細かく制御することが可能となる。制御部１１８を、ＣＰＵやデジタル論理回路を用いて高度化すれば、保持部１１２による振動板４３の保持、固定と開放の動作の、より複雑な制御も可能となる。例えば入力される音声信号１１９の振幅、周波数、信号の継続時間、その他の信号の性質に応じて、保持部１１２による振動板４３の保持、固定と開放の動作や動作のタイミングを細かに切り替えても良い。例えば、制御部１１８は、音声信号の入力から所定時間後、あるいは入力された音声信号が所定の条件を満たした時に振動板４３をロック状態から開放するようにしても良い。この場合の所定の条件としては、例えば音声信号が所定の振幅より大きくなった時とすることが考えられる。
第４の実施例では、伸長コイルバネによるばねバネ部１１６を用いて保持部１１２を振動板４３に接触する第１の位置へ付勢し、磁石部１１３と電磁石部１１５との間の反発力によって保持部１１２を第２の位置へ回動させる構成としているが以下の構成でも良い。電磁石部１１５と磁石部１１３とに代えて圧縮コイルバネを設けることにより圧縮コイルばねの引っ張り力により保持部１１２を第１の位置へ回動させる。一方、バネ部１１６に代えて、筐体１１４には電磁石部を、保持部１１２には磁石部あるいは磁性体をそれぞれ設ける。そして、音声信号の入力直後に電磁石を励磁して両者の間に吸引力を生じさせることにより保持部１１２を第２の位置へ回動させる。
なお、第１の実施例において、ラバー磁石４６は、振動板４３の振動面にエッジ箇所で接触する例を示した（図５、図６参照）。しかしながらラバー磁石４６の振動面４３への接触は、必ずしもエッジである必要はない。例えば、エッジの代わりにラバー磁石４６と振動板４３の接触箇所が面となるよう、ラバー磁石４６に接触面を備えてもよい。さらには摩擦力が増加するように、ラバー磁石４６及び振動板４３の接触面の材質や表面形状を工夫しても良い。例えば接触面の材質を、シリコーンゴムなどの摩擦係数の大きい材質としても良いし、接触面の表面形状を、タイヤのトレッドパターンやシューズのソールパターンのような溝や切り込みを設けた形状や、あるいはやすりのような形状としても良い。
第１〜第３の実施例においては、粘着テープ４５を用いたが、弾性を有する材質であれば、必ずしも粘着テープを用いる必要は無い。例えば第４の実施例のギャザードエッジ１１１のように、材質あるいは構造から、振動板４３の自由な振動運動を達成するものでも良い。
また第１〜第３の実施例においては、固定リング４４とラバー磁石４６とが、振動板４３を挟んだ状態で磁力によって引き合って、振動板４３を挟み込み、固定する構造を示した。しかしながら、必ずしも、固定リング４４とラバー磁石４６とが、振動板４３を挟む構造である必要はない。振動板４３を挟まない構造であっても、ラバー磁石４６が、初期状態において振動板４３を保持、固定し、振動板４３の伸長動作に反力を与え、屈曲運動の開始を促す構造であれば良い。
さらに第２〜第４の実施例において、振動板４３に凸部７１や凹部８１を設けた構成を示したが、凸部７１や凹部８１は、組み合わせて用いる構成としても良い。即ち、第１の実施例〜第４の実施例は適宜組み合わせることが可能である。
図１０は、第２の実施例〜第４の実施例を組み合わせた一例を示す。図１０に示す圧電スピーカ４０は、粘着テープ４５に代えてギャザードエッジ１１１を使用し、また固定リング４４とラバー磁石４６とで振動板４３を挟む構造に代えて、保持部１１２により振動板４３を保持、固定し、さらに凸部７１と凹部８１とを組み合わせて備える例を示している。図１０に示す圧電スピーカ４０においては、筐体１１４の全部、あるいは、筐体１１４であって磁石部１１３と対応する位置の一部が磁性を有する構造となっている。そして磁石部１１３と、筐体１１４の磁性を有する部分とが磁力により引き合うことにより、保持部１１２が回動し、保持部１１２による振動板４３の保持、固定状態となる。電気信号の印加直後に振動板４３が下向きに屈曲すると、磁力により引き合っていた筐体１１４と磁石部１１３は、引き離される。磁石部１１３が筐体１１４から引き離されて振動板４３が開放状態になると、振動板４３は、ギャザードエッジ１１１の弾性のみの拘束で自由な振動（屈曲）運動を連続的に開始する。
上記の説明では、本発明による圧電スピーカを備えた電子機器として携帯電話機を例示したが、ＰＤＡ、携帯ゲーム機器等の携帯電子機器にも適用可能である。
以上説明したように、本発明による圧電スピーカ及び圧電スピーカを備えた電子機器は、初期状態においては振動板を挟み込み（保持）、固定し、電気信号が印加され振動板が屈曲運動を開始した後は、振動板の挟み込み（保持）、固定を開放する。これにより振動板の速やかな屈曲運動の開始と、振動板が大きな振幅と大きな振動面で振動することとが可能となる。
本発明は、圧電スピーカにおいて、音声信号の入力開始時や音声信号の立ち上がり時からの音声の生成と、大きな振幅で、大きな振動面での振動板の振動による音声の生成と、微小な音声信号の生成とを可能とする効果を奏し、この効果を奏する圧電スピーカを備えた電子機器を実現する。勿論、音声信号のみならず、アラームや着信メロディ等の音響信号でも作用はまったく同じである。
この出願は、２００６年１１月９日に出願された日本出願特願第２００６−３０３４５５号を基礎とする優先権を主張し、その開示のすべてをここに取り込む。

Claims (12)

1. 入力信号に応じて変形する圧電素子と、前記圧電素子の変形により振動し音響を生成する振動板と、前記振動板の外縁部の少なくとも一部を保持する弾性部とを含む圧電スピーカにおいて、
   さらに前記振動板の振動面に接触して前記振動板の一部をロックするロック部を有し、該ロック部は、前記圧電スピーカヘの前記入力信号の入力の有無に応じてロック状態、該ロック状態の解除が切換わることを特徴とする圧電スピーカ。
2. 前記ロック部は、前記圧電スピーカに前記入力信号が入力されていない状態の時には前記振動板に接触して前記振動板の伸長を阻止し得るロック状態にあり、前記入力信号の入力直後に前記ロック状態が解除されることにより、前記弾性部による保持のもとで前記振動板が振動することを特徴とする請求項１に記載の圧電スピーカ。
3. 前記ロック部は、
   磁性を有するとともに外縁部の少なくとも一部を前記弾性部で保持され、前記振動板の外縁部近傍を一方の振動面側から押さえることのできるリング体と、
   前記弾性部で保持され、前記振動板の外縁部近傍において他方の振動面に接触、離反可能な磁石体とを含み、
   前記リング体と前記磁石体とが磁力で引き合って前記振動板を挟むことにより前記ロック状態となり、
   前記入力信号の入力直後に前記振動板の振動によって前記リング体と前記磁石体とが引き離されることにより、前記ロック状態が解除されることを特徴とする請求項２に記載の圧電スピーカ。
4. 前記磁石体は、前記振動板の外周方向に関して複数に分割された複数のラバー磁石からなり、
   前記弾性部は、前記振動板の外周方向に関して複数に分割された複数の粘着テープからなり、各粘着テープが前記リング体、前記振動板、前記ラバー磁石のそれぞれの外周端部に接着され、しかも各粘着テープは前記リング体の接着部と前記振動板の接着部との間、前記振動板の接着部と前記ラバー磁石の接着部との間にそれぞれ遊びができるように接着されていることを特徴とする請求項３に記載の圧電スピーカ。
5. 前記振動板は、前記磁石体が接触する箇所に、該磁石体と係合する凹部、凸部の少なくとも一方を有することを特徴とする請求項３に記載の圧電スピーカ。
6. 前記ロック部は、
   前記振動板の外縁部における振動面に接触する状態と、該振動面から離反する状態とを切換え可能な電磁スイッチと、
   前記電磁スイッチに接続され、前記入力信号の有無に応じて前記電磁スイッチの切換制御を行う制御部とを含み、
   前記電磁スイッチは前記入力信号が入力されていない状態では前記振動面に接触する状態にあり、
   該制御部は、前記入力信号の入力直後に前記電磁スイッチが前記振動面から離反する状態に切換わるように前記電磁スイッチを制御することを特徴とする請求項１に記載の圧電スピーカ。
7. 前記振動板は当該圧電スピーカの筐体の一部に前記弾性部を介して保持され、
   前記電磁スイッチは、
   前記弾性部に近い位置で支点部を介して前記筐体の一部に設けられ、前記振動板の振動面に接触する第１の位置と、前記振動板の振動面から離反した第２の位置との間を回動可能な少なくとも１つの回動体と、
   前記回動体における前記筐体との対向部分に設けられた磁石と、
   前記筐体の一部に設けられ、前記回動体を前記振動板の振動面に接触させる方向に付勢するバネ部材と、
   前記筐体の一部における前記磁石との対向位置に設けられ、前記磁石と反発する方向に磁力を発生する電磁石とを含み、
   前記回動体は前記入力信号が入力されていない状態では前記バネ部材によって前記振動面に接触する前記第１の位置にあり、
   該制御部は、前記入力信号の入力直後に前記電磁石を励磁して前記回動体を前記振動面から離反した前記第２の位置に切換えることにより前記ロック状態が解除されることを特徴とする請求項６に記載の圧電スピーカ。
8. 前記制御部は、前記入力信号が入力されてから所定時間後、あるいは入力信号が所定の条件を満たした時に前記電磁石を励磁して前記回動体を前記振動面から離反した前記第２の位置に切換えることを特徴とする請求項７に記載の圧電スピーカ。
9. 前記振動板は、前記回動体が接触する箇所に、該回動体と係合する凹部、凸部の少なくとも一方を有することを特徴とする請求項７に記載の圧電スピーカ。
10. 前記振動板は当該圧電スピーカの筐体の一部に前記弾性部を介して保持され、
    前記ロック部は、
    前記弾性部に近い位置で支点部を介して前記筐体の一部に設けられ、前記振動板の振動面に接触する第１の位置と、前記振動板の振動面から離反した第２の位置との間を回動可能な少なくとも１つの回動体と、
    前記回動体における前記筐体との対向部分に設けられた磁石とを含み、
    前記筐体の一部における少なくとも前記磁石との対向部分は磁性体とされ、
    前記回動体は前記入力信号が入力されていない状態では前記磁石と前記磁性体とが引き合うことにより前記振動面に接触する前記第１の位置にあり、
    前記入力信号の入力直後に前記振動板の振動によって前記磁石と前記磁性体とが引き離されることにより、前記第２の位置に変化して前記ロック状態が解除されることを特徴とする請求項１に記載の圧電スピーカ。
11. 前記振動板は、前記回動体が接触する箇所に、該回動体と係合する凹部、凸部の少なくとも一方を有することを特徴とする請求項１０に記載の圧電スピーカ。
12. 請求項１に記載の圧電スピーカを備えることを特徴とする電子機器。

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