JP7140458B2 - 音声発生装置 - Google Patents

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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 (8)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
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