JP7140458B2

JP7140458B2 - 音声発生装置

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Publication number: JP7140458B2
Application number: JP2018194728A
Authority: JP
Inventors: 智輝高畑
Original assignee: Alpine Electronics Inc
Current assignee: Alpine Electronics Inc
Priority date: 2018-10-16
Filing date: 2018-10-16
Publication date: 2022-09-21
Anticipated expiration: 2038-10-16
Also published as: JP2020065126A

Description

本発明は、音声発生装置に関し、特に磁歪素子等のアクチュエータを利用した音声発生装置に関する。

磁界を加えると、伸縮する超磁歪素子が知られている。この超磁歪素子の特性を利用し、音声信号を振動に変換し、振動面を机や壁などの押し付けることで、貼り付け面をスピーカーの振動板の役割として使用する音声発生装置が存在する。例えば、特許文献１の音声発生装置は、音声信号を圧電素子等の振動発生体で振動に変換し、振動発生体を金属や硬質合成樹脂などの硬質体に接触させ、音声を出力を得ている。

特開２００６－１４０７４０号公報

図１（Ａ）は、超磁歪素子を用いた音声発生装置の内部構造を示す断面図である。同図に示すように、音声発生装置１は、円筒状のハウジング２内にバイアス用磁石３、超磁歪素子４、駆動コイル５、振動部６を含む。駆動コイル５には、駆動回路７は、音声信号に対応する駆動電流を駆動コイル５に印加し、これにより超磁歪素子４が伸縮し、振動部６が振動する。ハウジング２から突出した振動部６を、壁、ガラス、木材、金属、プラスチックなど硬質の材料に貼り付けることで貼り付け面を振動させ、音声出力を得ることができる。

図１（Ｂ）に示すように、超磁歪素子４は、磁界を印加していないときの円柱状の超磁歪素子４の軸方向の長さをＬ１とすると、磁界Ｚ１を印加すると、Ｌ２（Ｌ２＞Ｌ１）に伸び、磁界Ｚ１よりも強い磁界Ｚ２を印加すると、さらにＬ３（Ｌ３＞Ｌ２）に伸びる。

振動部６の振動を貼り付け面に効率良く伝達させるため、振動部６をある程度の圧力で貼り付け面に接触させる必要がある。例えば、重りの重力を利用したり、磁石の磁力を利用したり、両面テープの接着力を利用したりする方法が考えられる。しかし、重りを利用する方法では、机などの貼り付け面の上からハウジング２を置かなければならず、壁などに水平に取り付けることはできない。磁石を用いる方法では、貼り付け面が磁性体材料である必要があり、例えば、ガラス等の非磁性体には取り付けることができない。両面テープを利用する方法では、ハウジング２を貼り付け面に一度接着してしまうと、容易に取り剥がすことができなくなってしまう。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、貼り付け面への取り付け性を改善した音声発生装置を提供することを目的とする。
さらに本発明は、貼り付け面への振動の伝達効率を改善した音声発生装置を提供することを目的とする。

本発明に係る音声発生装置は、音声信号に基づき軸方向に振動する振動素子を含む振動部と、前記振動部に接続され、前記軸方向に対して一定の角度で傾斜した方向に振動を伝達する振動伝達部材と、振動可能な貼り付け面を吸着する吸着部材と、前記振動部の少なくとも一部を収容し、かつ前記軸方向において前記吸着部材を保持するフレーム部材とを有し、前記吸着部材が貼り付け面を吸着したとき、前記振動伝達部材が貼り付け面に接触する。

ある実施態様では、音声発生装置は、前記振動伝達部材を貼り付け面に一定の接圧で接触されるための弾性部材を含む。ある実施態様では、前記振動伝達部材は、前記振動部の軸に関して回転対称に複数配置され、複数の振動伝達部材の各々の先端には、貼り付け面の平面と接触するための平坦な面が形成される。ある実施態様では、前記弾性部材は、前記フレーム部材と前記振動伝達部材との間に配置され、前記弾性部材は、前記振動伝達部材を前記フレーム部材から離れる方向に付勢する。ある実施態様では、音声発生装置は、前記振動部材を貼り付け面に向けて圧力を印加するための他の弾性部材を含む。ある実施態様では、前記他の弾性部材は、前記フレーム部材と前記振動部との間に配置され、前記弾性部材は、前記振動部を前記フレーム部材から離れる方向に付勢する。ある実施態様では、前記振動素子は、磁歪素子である。ある実施態様では、前記吸着部材は、壁、ガラス、金属、プラスチック等を吸着可能な吸盤である。

本発明によれば、吸着部材が貼り付け面を吸着したとき、振動伝達部材が貼り付け面に接触するようにしたので、貼り付け面への取り付けを容易にすることができる。また、吸着部材を利用することで、従来のときよりも貼り付け面の制約を緩和し、かつ、貼り付け面からの取り外しが容易になり、何度でも取り外して使用することができる。

超磁歪素子を用いた音声発生装置の内部の構造例を示す断面図である。図２（Ａ）は、本発明の第１の実施例に係る音声発生装置の上方から見た全体斜視図、図２（Ｂ）は、下方から見た全体斜視図である。本発明の第１の実施例に係る音声発生装置の側面図である。本発明の第１の実施例に係る音声発生装置の上面図である。本発明の第１の実施例に係る音声発生装置の底面図である。本実施例に係る振動子の外観斜視図である。本実施例に係る１つの振動部の拡大斜視図である。本実施例に係るフレームの外観斜視図である。本実施例に係るバネの外観斜視図である。本実施例に係る吸盤の外観斜視図である。本発明の実施例に係る音声発生装置の貼り付け面に貼り付けられたときの動作を説明する概略断面図である。図１１（Ａ）は、本発明の第２の実施例に係る音声発生装置の上方から見た全体斜視図、図１１（Ｂ）は、下方から見た全体斜視図である。本発明の第２の実施例に係る音声発生装置の側面図である。本発明の第２の実施例に係る音声発生装置の上面図である。本発明の第２の実施例に係る音声発生装置の底面図である。第２の実施例に係る振動子の外観斜視図であり、図１５（Ａ）は本体部、図１５（Ｂ）は振動部を示す。第２の実施例に係るフレームの外観斜視図である。第２の実施例に係る吸盤の外観斜視図である。本発明の第２の実施例に係る音声発生装置を取り付けるときの圧力方向を説明するための概略断面図である。本発明の第２の実施例に係る音声発生装置の貼り付け面に貼り付けられたときの動作を説明する概略断面図である。

本発明に係る音声発生装置は、壁、ガラス、金属板、プラスチック、パネルなどの硬質部材の面または平面に取り付け可能であり、硬質部材を振動させることで音声出力を得る。本発明の音声発生装置は、振動素子として、磁界の印加により伸縮可能な超磁歪素子や電気信号の印加により伸縮可能な圧電素子を含むことができる。

次に、本発明の第１の実施例について図面を参照して詳細に説明する。図２（Ａ）は、本発明の実施例に係る音声発生装置の上方から見た全体斜視図、図２（Ｂ）は、下方から見た全体斜視図、図３、図４、図５は、それぞれ音声発生装置の側面図、上面図、底面図、図６は、振動子の外観斜視図、図６Ａは、１つの振動部の斜視図、図７は、フレームの外観斜視図、図８は、バネの外観斜視図、図９は、吸盤の外観斜視図である。

本実施例に係る音声発生装置１００は、図２ないし図５に示すように、振動子１１０と、フレーム１２０と、バネ１３０と、吸盤１４０とを含んで構成される。振動子１１０は、図６に示すように、円筒状の本体部１１２と、本体部１１２の下方に接続された複数の翼状の振動部１１４Ａ～１１４Ｄとを有する。本体部１１２の内部には、磁歪素子、コイル、バッテリー、駆動回路などが収容されている。ある実施態様では、駆動回路は、外部から音声信号を受信する無線通信部（例えば、ブルーツース通信や無線ＬＡＮ通信）や増幅回路を含み、受信した音声信号を増幅し、磁歪素子を駆動するための駆動信号を生成する。磁歪素子は、本体部１１２の軸方向に配置され、その周囲にコイルが配置され、駆動信号がコイルに印加されると、それにより生じた磁界が磁歪素子に印加され、磁歪素子が軸方向に伸縮、すなわち振動する。

本体部１１２の底面のほぼ中心から円柱状の連結部１１２Ａが軸方向に延びている。連結部１１２Ａの一方の端部は磁歪素子に接触され、他方の端部は振動部１１４Ａ～１１４Ｄに連結されている。すなわち、磁歪素子が軸方向に振動すると、その振動は、連結部１１２Ａを介して振動部１１４Ａ～１１４Ｄに伝達される。

振動部１１４Ａ～１１４Ｄは、連結部１１２Ａの中心軸に対して一定の角度で外側に扇状または翼状に延在する。ここでは、４枚の振動部１１４Ａ～１１４Ｄが連結部１１２Ａに接続される例が示されているが、振動部は、４枚より少ない枚数であってもよいし、４枚よりも多い枚数であってもよい。複数枚の振動部１１４は、連結部１１２Ａの中心軸に関して回転対称に配置されることが望ましく、例えば、４枚の振動部１１４Ａ～１１４Ｄであれば、それらは、連結部１１２Ａの中心軸に関して９０度の間隔で配置される。

振動部１１４Ａ～１１４Ｄの材質は、特に限定されないが、例えば、ある程度の剛性を有するプラスチックなどから構成される。図６Ａに、１つの振動部１１４Ａを例示する。振動部１１４Ａは、連結部１１２Ａに接続される幅狭の端部１１５と、貼り付け面（被振動面）に接触する幅広の端部１１６と、両端部を連結する中間部１１７とを有する。幅狭の端部１１５の内側には、連結部１１２Ａに接続される接続部１１５Ａが形成され、頂面には、バネ１３０を着座させるための平坦な面１１５Ｂが形成される。接続部１１５Ａと連結部１１２Ａとの接続方法は任意であるが、例えば、接着剤や凹凸の嵌合等により両者が接続される。

中間部１１７の形状は任意であるが、中間部１１７の肉厚は、幅狭の端部１１５から幅広の端部１１６に向けて徐々に薄くなり、また、外表面は、周方向に幾分湾曲している。幅狭の端部１１６には、図２（Ｂ）、図５、図６（Ｂ）に示すように、貼り付け面との間に良好な接触面積を確保するために平坦な面１１８が形成される。他の振動部１１４Ｂ～１１４Ｄも同様に構成され、４つの振動部１１４Ａ～１１４Ｄが連結部１１２Ａに接続されたとき、４つの平坦な面１１８は、ほぼ同一平面上にある。

フレーム１２０は、図７に示すように、内部に円筒状の空間が形成された円筒状の部材であり、内部空間に振動子１１０を保持する機能を有する。フレーム１２０は、例えば、プラスチックや金属等から構成される。フレーム１２０は、周方向の側面１２２と、側面１２２に接続された円形状の底面１２４とを有し、上端には、本体部１１２を挿入するための円形状の開口１２６が形成される。底面１２４のほぼ中央には、本体部１１２の連結部１１２Ａを通すための貫通孔１２４Ａが形成される。

フレーム１２０に振動子１１０を組み付けるとき、最初に、振動部１１４Ａ～１１４Ｄから分離された本体部１１２が開口１２６からフレーム１２０の内部に挿入される。開口１２６の径および深さは、本体部１１２の外径および高さにほぼ等しい。それ故、本体部１１２がフレーム１２０内に挿入されたとき、本体部１１２の上面は、フレーム１２０の上端にほぼ等しく、フレーム１２０の底面１２４の貫通孔１２４Ａから連結部１１２Ａが突出する。次に、底面１２４から突出した連結部１１２Ａに４枚の振動部１１４Ａ～１１４Ｄが接着等により固定される。

フレーム１２０の底面１２４にはさらに、吸盤１４０を保持するための４つの保持部１２６Ａ～１２６Ｄが形成される。保持部１２６Ａ～１２６Ｄの各々は、幅広の端部と幅狭の端部とを有する楔状または爪状の部材であり、幅広の端部が底面１２４に接続され、幅狭の端部が自由端であり、幅狭の端部がフレーム１２０の軸中心に向かうように延在する。４つの振動部１１４Ａ～１１４Ｄが連結部１１２Ａに取り付けられたとき、４つの保持部１２６Ａ～１２６Ｄの各々が４つの振動部１１４Ａ～１１４Ｄの各々の間隙に入り込む。４つの保持部部１２６Ａ～１２６Ｄの幅狭の端部は、概ね円形状の輪郭を規定し、４つの幅狭の端部は、後述する吸盤１４０の突起部１４４を保持する。

バネ１３０は、例えば、図８に示すようにコイル状のスプリングから構成され、その軸方向に伸縮が可能である。バネ１３０は、上記構成は限定されず、これ以外の弾性部材であってもよい。バネ１３０は、支持部１２６Ａ～１２６Ｄの外周側であって、フレーム１２０の底面１２４と振動部１１４Ａ～１１４Ｄの平坦な面１１５Ｂとの間に配置され、フレーム１２０を振動部１１４Ａ～１１４Ｄから引き離す方向に圧力を与える。バネ１３０の弾性力よりも大きな押圧力がフレーム１２０の軸方向に印加されたとき、振動部１１４Ａ～１１４Ｄとフレーム１２０との間隔が狭められる。

吸盤１４０は、図９に示すように、円盤状の可撓性のある吸着部本体１４２と、吸着部本体１４２の中央に形成された突起部１４４とを有する。吸盤１４０は、吸着性のある材料から構成され、例えば、透明なプラスチックやゴムなどから構成される。フレーム１２０の４つの保持部１２６Ａ～１２６Ｄによって規定される円形状の輪郭は、突起部１４４の外径よりも幾分小さく、それ故、突起部１４４を保持部１２６Ａ～１２６Ｄの空間内に圧入させることができる。保持部１２６Ａ～１２６Ｄと突起部１４４との間の接続方法は、任意であり、両者の弾性変形を利用してもよいし、接着剤やその他の固定部材を用いてもよい。

こうして、各パーツを組み合わせることで図２ないし５に示すような音声発生装置１００を得ることができる。この状態では、吸盤１４０の平面は、４つの振動部１１４Ａ～１１４Ｄの平坦な面１１８の平面とほぼ同じ位置か、あるいは平坦な面よりも幾分だけ外側に突出した位置にある。ユーザーは、任意の貼り付け面上において、フレーム１２０を上から押さえ付け、吸盤１４０を貼り付け面に吸着させ、同時に４つの振動部１１４Ａ～１１４Ｄを一定の接圧で貼り付け面に接触させる。

図１０は、音声発生装置を貼り付け面に貼り付けたときの動作を説明する概略断面図である。図中、斜線矢印は圧力が印加される方向を表し、白矢印は振動が伝達される方向を表している。上記したように、音声発生装置１００は、壁、パネル、ガラス板、金属板のような貼り付け面１５０上に載置され、次いでフレーム１２０を貼り付け面１５０に向けて真上から押圧する。この押圧力は、バネ１３０の弾性力よりも大きなものであり、押圧力は、バネ１３０を弾性変形させつつ、保持部１２６Ａ～１２６Ｄを介して吸盤１４０を貼り付け面１５０に押し付け、これにより、吸盤１４０が貼り付け面１５０を吸着する。

他方、振動部１１４Ａ～１１４Ｄの平坦な面１１８が貼り付け面１５０に接触し、振動部１１４Ａ～１１４Ｄには、フレーム１２０の押圧により圧縮されたバネ１３０からのバネ圧が作用し、振動部１１４Ａ～１１４Ｄと貼り付け面１５０との間に一定の接圧が生じる。吸盤１４０の吸着力は、バネ１３０の弾性力よりも大きく、それ故、吸盤１４０により吸着されている間、バネ１３０により振動部１１４Ａ～１１４Ｄと貼り付け面１５０との間に接圧が与えられる。

なお、吸盤１４０は、吸着前のときよりも軸方向の内側に微小に変位し、吸盤１４０が貼り付け面１５０に吸着されたとき、振動部１１４Ａ～１１４Ｄは吸盤１４０と同一の平面にある。つまり、概ね、振動部１１４Ａ～１１４Ｄの平坦な面１１８と吸盤１４０との差分の距離Ｄだけバネ１３０が圧縮されることになる。従って、バネ１３０が軸方向に圧縮できる長さよりも距離Ｄが小さくなるように設計される。

音声発生装置１００を貼り付け面に取付けた後、例えば、外部の音響装置から音声信号が音声発生装置１００へ送信されると、振動子１１０の磁歪素子１１９が振動する。この振動は、振動部１１４Ａ～１１４Ｄを介して貼り付け面１５０に伝達され、貼り付け面１５０の振動により音声が出力される。振動部１１４Ａ～１１４Ｄは、平坦な面１１８を介して貼り付け面１５０に一定の接圧で接触されているため、振動部１１４Ａ～１１４Ｄの振動を貼り付け面１５０に良好に伝達させることができる。

このように本実施例によれば、フレーム１２０の軸中心に吸盤１４０を保持し、その外周に軸方向に弾性的に変位可能な複数の振動部を取り付けるようにしたので、フレームをワンタッチで押圧するだけで貼り付け面への取り付けを容易に行うことができ、容易に何度でも取り外すことが可能である。また、吸盤を利用するため、貼り付け面の材料の制約はなく、平面であればどのようなどこにでも取り付けることが可能になる。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。第１の実施例では、フレーム１２０の底面１２４と振動部１１４Ａ～１１４Ｄとの間にバネ１３０を配置させる構造であるが、
この構造は、磁歪素子の力が貼り付け面１５０に十分に伝達されないおそれがある。つまり、振動子１１０内の磁歪素子１１９が軸方向に振動するとき、磁歪素子１１９は、自身よりも上方に乗っている部分の重量を動かし、その反作用の力でしか貼り付け面１５０に対して振動を伝えることができない。そこで、第２の実施例では、第１の実施例と比較して貼り付け面１５０により大きな力で磁歪素子の振動を伝達できるようにする。

図１１（Ａ）は、第２の実施例に係る音声発生装置の上方から見た全体斜視図、図２（Ｂ）は、下方から見た全体斜視図、図１２、図１３、図１４は、それぞれ第２の実施例に係る音声発生装置の側面図、上面図、底面図、図１５（Ａ）は、振動子の本体部の斜視図、図１５（Ｂ）は、振動子の振動部の斜視図、図１６は、フレームの外観斜視図、図１７は、吸盤の外観斜視図である。

本実施例に係る音声発生装置２００は、振動子２１０と、フレーム２２０と、バネ２３０と、吸盤２４０とを含んで構成される。振動子２１０は、図１５に示すように、内部に磁歪素子や駆動回路等を包含する円筒状の本体部２１２と、本体部２１２の底面に接続された連結部２１４と、連結部２１４に接続された２枚の振動部２１６Ａ、２１６Ｂの底面には、平坦な面２１８が形成される。

フレーム２２０は、図１６に示すように円板状の天板２２２と、天板２２２から下方に延在する一対の脚部２２４Ａ、２２４Ｂと、一対の脚部２２４Ａ、２２４Ｂに接続された一対の保持部２２６Ａ、２２６Ｂとを有する。一対の脚部２２４Ａ、２２４Ｂの間には、振動子２１０の本体部２１２が収容され、さらに２枚の振動部２１６Ａ、２１６Ｂが一対の保持部２２６Ａ、２２６Ｂの間に交互に入り込む。一対の保持部２２６Ａ、２２６Ｂの先端は、吸盤２４０を保持するために水平方向に伸びる爪２２８Ａ、２２８Ｂが形成される。

バネ２３０の構成は特に限定されないが、例えば、第１の実施例のときとのコイル状のスプリングが用いられる。バネ２３０は、図１１、図１２に示すように、振動子２１０の本体部２１２の上面とフレーム２２０の天板２２２の底面との間に配置され、バネ２３０は、本体部２１２を天板２２２から引き離す方向に付勢する。

吸盤２４０は、図１７に示すように、円盤状の可撓性のある吸着部本体２４２と、吸着部本体２４２の中央に形成された突起部２４４とを有する。突起部２４４には、半径方向に窪んだ凹部２４６が形成され、一対の保持部２２６Ａ、２２６Ｂの爪部２２８Ａ、２２８Ｂが凹部２４６内に入り込み、吸盤２４０を保持する。

こうして、各パーツを組み合わせることで図１１ないし図１４に示すような音声発生装置２００を得ることができる。図１８の概略断面図は、音声発生装置２００を貼り付け面１５０に取り付けるときの圧力の方向を表している。ユーザーがフレーム２２０の天板２２２を貼り付け面１５０に向けて押下すると、その押圧力は、一対の脚部２２４Ａ、２２４Ｂ、保持部２２６Ａ、２２６Ｂを介して吸盤２４０に伝達され、吸盤２４０が貼り付け面１５０に吸着する。一対の脚部２２４Ａ、２２４Ｂは、天板２２２の中心に関して回転対称に配置されるため、一対の保持部２２６Ａ、２２６Ｂには左右均等に圧力が印加される。

図１９は、音声発生装置２００を貼り付け面１５０に貼り付けたときの動作を説明する図である。バネ２３０は、フレーム２２０を貼り付け面１５０から遠ざける方向に圧力を印加し、かつ、磁歪素子２１９を貼り付け面１５０に向けて圧力を印加する。このため、磁歪素子２１９の振動は、振動部２１６Ａ、２１６Ｂを介して貼り付け面１５０に効果的に伝達される。また、フレーム１２０と吸盤２４０は一体になっているため、貼り付け面１５０から離れることはない。

このように本実施例によれば、バネ等の弾性部材により磁歪素子を上から貼り付け面側に押圧するようにしたので、第１の実施例と比較して、貼り付け面１５０に対しより大きな力で振動を伝達させることができる。その結果、大きな音声出力を得ることが可能になる。

なお、第２の実施例では、一対の振動部２１６Ａ、２１６Ｂと一対の脚部２２４Ａ、２２４Ｂとを用いたが、これらの数は一例であり、例えば、第１の実施例のときと同様に４つであっても良いし、それ以外の数であってもよい。

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の要旨の範囲において、種々の変形、変更が可能である。

１００：音声発生装置
１１０：振動子
１１２：本体部
１１２Ａ：連結部
１１４Ａ～１１４Ｄ：振動部
１１８：平坦な面
１２０：フレーム
１２２：側面
１２４：底面
１２６Ａ～１２６Ｄ：保持部
１３０：バネ
１４０：吸盤

Claims

音声信号に基づき軸方向に振動する振動素子を含む振動部と、
前記振動部に接続され、前記軸方向に対して一定の角度で傾斜した方向に振動を伝達する振動伝達部材と、
振動可能な貼り付け面を吸着する吸着部材と、
前記振動部の少なくとも一部を収容し、かつ前記軸方向において前記吸着部材を保持するフレーム部材とを有し、
前記吸着部材が貼り付け面を吸着したとき、前記振動伝達部材が貼り付け面に接触する、音声発生装置。
音声発生装置は、前記振動伝達部材を貼り付け面に一定の接圧で接触されるための弾性部材を含む、請求項１に記載の音声発生装置。
前記振動伝達部材は、前記振動部の軸に関して回転対称に複数配置され、複数の振動伝達部材の各々の先端には、貼り付け面の平面と接触するための平坦な面が形成される、請求項１または２に記載の音声発生装置。
前記弾性部材は、前記フレーム部材と前記振動伝達部材との間に配置され、前記弾性部材は、前記振動伝達部材を前記フレーム部材から離れる方向に付勢する、請求項２に記載の音声発生装置。
音声発生装置は、前記振動伝達部材を貼り付け面に向けて圧力を印加するための他の弾性部材を含む、請求項１に記載の音声発生装置。
前記他の弾性部材は、前記フレーム部材と前記振動部との間に配置され、前記弾性部材は、前記振動部を前記フレーム部材から離れる方向に付勢する、請求項５に記載の音声発生装置。
前記振動素子は、磁歪素子である、請求項１に記載の音声発生装置。
前記吸着部材は、壁、ガラス、金属、プラスチック等を吸着可能な吸盤である、請求項１に記載の音声発生装置。