JP6188566B2 - 音発生器 - Google Patents

Description

本発明は、音発生器が接触する載置面を振動させて当該載置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、
当該音発生器が載置面に載置されたときに前記載置面と対向する前記筐体の下面側と逆側の前記圧電振動部の端部に位置し、前記圧電振動部の支持状態を規制する規制状態と規制しない非規制状態とを取りうる規制部と、
前記圧電振動部に荷重を与える錘と、
前記筐体に開閉可能に取り付けられたスタンドと、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、音信号に応じて前記圧電素子が駆動されて前記圧電振動部が変形し、該圧電振動部の変形により、前記音発生器が接触する載置面を振動させて該載置面から音を発生させ、
前記スタンドが開いた状態において前記圧電振動部は前記規制状態となり、前記スタンドが閉じた状態において前記圧電振動部は前記非規制状態となる。

前記規制部は、第１の位置において前記圧電振動部を非規制状態とし、第２の位置において前記圧電振動部を規制状態とするものであってもよい。

前記圧電素子は、前記非規制状態において駆動されなくてもよい。

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載置面に伝えて前記載置面を振動させる被覆部材を含んでいてもよい。

当該音発生器が載置面に載置されたときに前記圧電振動部と前記載置面との間に配置されるように、前記規制部と逆側の端部に位置する加振部をさらに有し、
前記圧電振動部を介し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素子が駆動されて前記圧電振動部が変形し、該圧電振動部の変形により、前記加振部が接触する載置面を振動させて該載置面から音を発生させてもよい。

前記加振部は、前記圧電振動部の変形に起因する振動を前記載置面に伝えて前記載置面を振動させる被覆部材を含んでいてもよい。

前記圧電振動部は、前記筐体内において水密に保持されていてもよい。

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。

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１の携帯電話機の短手方向に沿った断面図の一部を示す図である。 図３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の携帯電話機におけるスタンドの動作を示す図である。 規制部及びパッキンの位置を示す部分拡大図である。 図１の携帯電話機の要部の機能ブロック図である。 図８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９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及び脚部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。 封止部材としてＯリングを使用した携帯電話機の短手方向に沿った断面図の一部を示す図である。 規制部及びＯリングの位置を示す部分拡大図である。 規制部の移動方法の変形例を示す模式図である。 携帯電話機の変形例に係る断面図の一部を示す図である。

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、加振部７０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８０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の一方の長辺である下面２０ａ側に、加振部７０を備える。下面２０ａは、携帯電話機１０を横置きに机等の載置面に載置したときに載置面と対向する。携帯電話機１０は、圧電振動部６０（図３参照）を介して加振部７０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。加振部７０は、下面２０ａの如何なる位置に配置されてもよいが、本実施形態では、携帯電話機１０の重心が筐体２０の中心部にあり、加振部７０が下面２０ａにおける長辺の中央部に位置するとして以下説明する。加振部７０が中央部に位置することにより、錘としての携帯電話機１０から、効率よく加振部７０に荷重を与えることができる。

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３１やカメラユニット３２等が搭載される。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２１を備える。保持部２１は、筐体２０の短手方向に沿って延在している。保持部２１は、下面２０ａ側において加振部７０と接し、筐体２０の下面２０ａと逆側の上面２０ｂ側において、規制部７１と接している。

また、図２に示すように、携帯電話機１０は、バッテリリッド８０つまり筐体２０に、開閉可能なスタンド９０を備える。図２は、スタンド９０が開いた状態を示している。スタンド９０は、脚部９１と、開閉時の支点となる取付部９２と、後述する加圧部９３とを有する。本実施の形態においては、スタンド９０は、筐体２０への収納状態において、上面２０ｂ側に取付部９２を有し、筐体２０の短手方向に沿って下面２０ａ側に延在する脚部９１を有する。また、取付部９２は、筐体２０において長手方向の中央部に位置する。すなわち、携帯電話機１０を、下面２０ａ側を下方にして机等の水平な載置面上に載置した状態で、携帯電話機１０を正面から見た場合、取付部９２は、加振部７０と同一直線上に位置する。携帯電話機１０は、横置きに載置面上に載置された際に、少なくとも脚部９１及び加振部７０が載置面上に接して支持される。

図３は、携帯電話機１０の短手方向に沿った断面図の一部を示す図であり、具体的には、保持部２１、加振部７０、規制部７１及びスタンド９０を通る断面を示す図である。図３は、図２と同様に、スタンド９０が開いた状態を示している。携帯電話機１０は、筐体２０内の保持部２１に圧電振動部６０を備える。圧電振動部６０は、保持部２１内において携帯電話機１０の短手方向に沿って延在するように保持されている。また、圧電振動部６０は、携帯電話機１０の短手方向に沿ったガイド２２によりその周囲を覆われている。そのため、例えば携帯電話機１０の落下等により、携帯電話機１０に衝撃が与えられた場合であっても、圧電振動部６０の位置は携帯電話機１０内において前後方向及び長手方向にずれることはない。保持部２１は、その上下に、圧電振動部６０が接触する加振部７０及び規制部７１を進入させるための開口部２３ａ及び２３ｂを有する。

圧電振動部６０は、圧電素子６１と、圧電素子６１への水の浸入を防止する封止部材６２ａ及び６２ｂと、圧電素子６１を保護する被覆部材６３ａ及び６３ｂとを備える。封止部材６２ａ及び６２ｂは、保持部２１の外部から圧電素子６１への水の浸入を防止することのできる任意の部材とすることができるが、本実施形態においては、封止部材６２ａ及び６２ｂは、弾性を有するパッキンであるとして、以下説明を行う。圧電振動部６０は、かかる封止部材により、筐体２０内において水密に保持されている。

圧電素子６１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４（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４（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７０が接触する机等の載置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８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４（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４（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５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。

再び図３を参照すると、積層型圧電素子６１の両端部は、被覆部材６３ａ及び６３ｂが挿入されて、それぞれ接着剤１０２ａ及び１０２ｂ（例えば、エポキシ樹脂）により固定される。また、圧電振動部６０は、被覆部材６３ａ及び６３ｂの上下に、それぞれパッキンを備える。パッキンは、保持部２１の開口部２３ａ及び２３ｂをそれぞれ塞ぐことにより、外部から圧電振動部６０への水の浸入を防止している。

圧電振動部６０は、下面２０ａ側の端部において、封止部材（パッキン）６２ｂを介して加振部７０に接している。封止部材６２ｂと加振部７０とは、例えば両面テープを使用したり、はめあい構造にしたりすることにより、固定してもよい。加振部７０は、前述のように携帯電話機１０の筐体２０の一方の長辺である下面２０ａ側に位置するため、携帯電話機１０が横置きに載置面に載置されたときに、圧電振動部６０と載置面との間に配置される。そして、携帯電話機１０が横置きに載置面に載置された状態において、積層型圧電素子６１に音信号が印加されると積層型圧電素子６１が振動し、その振動が加振部７０に伝達されることにより、加振部７０が載置面を振動させる。

従って、より良好な音を載置面から発生させるためには、被覆部材６３ａ及び６３ｂは、積層型圧電素子６１による伸縮運動を、加振部７０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ことが好ましい。なお、図３において、被覆部材６３ａ及び６３ｂの先端部は平面形状に形成されているが、先端部の形状は平面形状に限られず、加振部７０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３において、パッキンと開口部２３ａ及び２３ｂとの間にそれぞれゲル等を充填して防水効果をより高めることもできる。

加振部７０は、積層型圧電素子６１による伸縮振動を机等の載置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７０は、筐体２０の下面２０ａ側において、被覆部材であるキャップ７２を有する。キャップ７２は、接着剤１０２ｃにより固定される。キャップ７２は、加振部７０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、机等の載置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７２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よい。また、加振部７０は、フランジ部７３を有する。フランジ部７３の直径は、筐体２０に設けられた細径状のストッパ部２４ａが形成する空間（開口２５）の直径よりも大きくなるように構成される。このような構成により、ストッパ部２４ａは、加振部７０が筐体２０から脱落することを防止することができる。

圧電振動部６０は、加振部７０と逆側の端部、すなわち上面２０ｂ側の端部において、封止部材６２ａを介して規制部７１に接している。規制部７１は、圧電振動部６０の支持状態を規制する規制状態と規制しない非規制状態とを取りうる。規制状態及び非規制状態については、後述する図６の説明において詳細に説明する。図３は、スタンド９０が開いた状態を示しているため、規制部７１は、加圧部９３と接しており、加圧部９３により圧力が加えられた状態である。一方、スタンド９０が閉じた状態、すなわちスタンド９０のバッテリリッド８０への収納状態においては、規制部７１は、加圧部９３と接しない。スタンド９０の収納状態の場合における規制部７１の脱落防止のために、筐体２０はストッパ部２４ｂを備える。

スタンド９０は、例えば金属製であり、取付部９２において、バッテリリッド８０の一部である回転ストッパ部８１及びスタンドガイド８２により保持される。加圧部９３は、端面９３ａにおいて、回転ストッパ面８１ａ又は８１ｂと接触する。スタンド９０は、取付部９２において、回転ストッパ部８１の金属製のシャフト８３を回転軸として回転することにより開閉動作を行う。スタンド９０の開閉動作により、端面９３ａが回転ストッパ面８１ｂと接触している場合、スタンド９０は閉じた状態であり、バッテリリッド８０に収納されている。そして、スタンド９０の開閉動作により、端面９３ａが回転ストッパ面８１ａと接触している場合、スタンド９０は、開いた状態となり、携帯電話機１０を載置面に載置する場合の支持部材として機能する。

スタンドガイド８２は、バッテリリッド８０の一部であるスプリング取付部８４の先端に、スプリング８５を介して保持される。スタンドガイド８２は、スプリング８５から受ける圧力を取付部９２に伝達することにより、スタンド９０の開閉状態を保持することができる。また、シャフト８３の周囲は、シャフトカラー８６で覆われている。取付部９２の開閉動作により、取付部９２との摩擦を生じるスタンドガイド８２及びシャフトカラー８６は、例えばフッ素化プラスチック、ポリアセタール、ナイロン等の摺動性樹脂からなる。本実施の形態においては、取付部９２の回転軸は、筐体２０の下面２０ａに平行に取り付けられている。

ここで、図６を参照して、スタンド９０の動作について説明する。図６（ａ）は、スタンド９０の脚部９１がバッテリリッド８０に収納された状態、すなわちスタンド９０が閉じた状態を示している。この状態においては、携帯電話機１０の積層型圧電素子６１により音を発生させないことが想定される。このとき、加圧部９３の端面９３ａは回転ストッパ面８１ｂと接触しており、加圧部９３は規制部７１とは接触していない。従って、スタンド９０が閉じているとき、積層型圧電素子６１には加圧部９３からの圧力が加えられていない。このとき、規制部７１は第１の位置にある。図７（ａ）は、規制部７１の第１の位置を示すものである。

スタンド９０が閉じているとき、すなわち規制部７１が第１の位置にあるとき、積層型圧電素子６１は、上下の封止部材（パッキン）６２ａ及び６２ｂ並びに周囲のガイド２２により保持されている。このとき、積層型圧電素子６１には加圧部９３からの圧力が加えられていないため、積層型圧電素子６１は上下方向には軽度に保持された状態である。ここで、封止部材６２ａは弾性を有するため、積層型圧電素子６１に音信号が印加されることにより積層型圧電素子６１が振動しても、この振動は封止部材６２ａにより吸収される。そのため、振動が加振部７０に伝達されず、載置面から音が発生しない。つまり、スタンド９０が閉じているとき（規制部７１が第１の位置にあるとき）、圧電振動部６０は、支持状態が規制されない非規制状態である。非規制状態においては、例えば携帯電話機１０の落下などによって加振部７０に衝撃が与えられたとしても、弾性を有する封止部材６２ａ及び６２ｂが衝撃を吸収し、積層型圧電素子６１が破損することを防止することができる。

図６（ｂ）は、図３に示した断面図と同様に、スタンド９０の脚部９１がバッテリリッド８０から離間した状態、すなわちスタンド９０が開いた状態を示している。この状態においては、携帯電話機１０を横置きに載置面に載置して、積層型圧電素子６１を使用して音を発生させることが想定される。このとき、加圧部９３の端面９３ａは、回転ストッパ面８１ａと接触しており、また、規制部７１と接触して規制部７１に圧力を加えている。この規制部７１への圧力は、封止部材６２ａを介して、積層型圧電素子６１に加えられている。このとき、規制部７１は第２の位置にある。図７（ｂ）は、規制部７１の第２の位置を示すものである。規制部７１は、加圧部９３から圧力を受けることにより、図７（ｂ）の点線で示されるように、その一部が封止部材６２ａに食い込んでいる。また、加圧部９３から規制部７１に加えられる圧力が圧電振動部６０を介して加振部７０にも伝達されることにより、加振部７０は、下面２０ａの方へ押し出される。これにより、積層型圧電素子６１を使用して音を発生させる場合に、さらに加振部７０を下面２０ａよりも突出させることができ、加振部７０が載置面と接触しやすくなる。なお、図６においては、かかる加振部７０の突出量の変位は小さいため、表現を省略している。

スタンド９０が開いているとき、すなわち規制部７１が第２の位置にあるとき、積層型圧電素子６１は、上下の封止部材（パッキン）６２ａ及び６２ｂと周囲のガイド２２により保持されている。ここで、スタンド９０が閉じている場合と異なり、加圧部９３が規制部７１に加える圧力により、積層型圧電素子６１は、上下方向においても固定された状態となる。つまり、スタンド９０が開いているとき、圧電振動部６０は、支持状態が規制される規制状態である。この状態で、積層型圧電素子６１に音信号が印加されることにより積層型圧電素子６１が振動すると、この振動が封止部材６２ｂを介して、加振部７０に伝達され、加振部７０が振動する。そして、加振部７０の振動は、載置面へと伝達され、載置面から音が発生する。

利用者は、携帯電話機１０の積層型圧電素子６１を使用して音を発生させる場合、まず、図６（ａ）に示す閉じた状態から、スタンド９０の脚部９１を引き出して、図６（ｂ）に示す開いた状態にする。このとき、加圧部９３が規制部７１に圧力を加えることにより、規制部７１は第１の位置から第２の位置に変位し、積層型圧電素子６１が固定され、圧電振動部６０が規制状態となる。携帯電話機１０を使用して音を発生させた後、利用者は、図６（ｂ）に示す開いた状態から、脚部９１をバッテリリッド８０に収納することにより、スタンド９０を図６（ａ）に示す閉じた状態にする。すると、規制部７１は、封止部材６２ａの弾性力により第２の位置から第１の位置に戻され、圧電振動部６０は非規制状態となる。

このように、スタンド９０を開閉させて規制部７１の位置を変化させることによって、積層型圧電素子６１が振動したときに、スタンド９０が閉じた状態で携帯電話機１０を横置きに載置面に載置していない場合は、加振部７０が振動せず、スタンド９０が開いた状態で携帯電話機１０を横置きに載置面に載置している場合は、加振部７０が振動する。こうして、スタンド９０の開閉と加振部７０の振動とを対応させることができる。また、スタンド９０の開閉と積層型圧電素子６１への音信号の印加を対応させることもできる。すなわち、携帯電話機１０は、スタンド９０が開いた状態（規制状態）において、積層型圧電素子６１に音信号を印加して積層型圧電素子６１を駆動させ、スタンド９０が閉じた状態（非規制状態）において、積層型圧電素子６１への音信号の印加を停止して積層型圧電素子６１を駆動させないように構成することができる。かかる構成により、スタンド９０の開閉を、積層型圧電素子６１への音信号のスイッチとして機能させることができる。このスイッチとしての機能は、機械的または電気的な手段を用いて実現される。

図８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９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、積層型圧電素子は、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１０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１１を用いて、加振部７０及び脚部９１の配置について説明する。図１１は、スタンド９０が開いた状態において、携帯電話機１０が、下面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、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載置面の一例である。図１１に示すように、携帯電話機１０は、少なくとも脚部９１及び加振部７０が載置面１５０上に接して支持される。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１１において、脚部９１は、最下端部９１１を有する。最下端部９１１は、脚部９１のうち、携帯電話機１０が下面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。

加振部７０は、最下端部７０１を有する。最下端部７０１は、加振部７０のうち、携帯電話機１０が下面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７０１は、例えばキャップ７２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が下面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、加振部７０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２０１は、例えば筐体２０の角部であるが、これに限られない。下面２０ａに、下面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１１において、点線Ｌは、携帯電話機１０が下面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。一点鎖線Ｉは、加振部７０が存在しないと仮定した場合に、脚部９１の最下端部９１１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。また、点線Ｌ１は、最下端部７０１を通り載置面に垂直な線（仮想の線）である。点線Ｌ２は、最下端部９１１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１１において、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一方側の領域である。また、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他方側の領域である。脚部９１は、領域Ｒ２側に設けられる。また、加振部７０は、下面２０ａにおいて、領域Ｒ１側に設けられる。

加振部７０は、下面２０ａの領域Ｒ１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７０にかかる荷重が、加振部７０が下面２０ａの領域Ｒ１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。

脚部９１の最下端部９１１は、下面２０ａの領域Ｒ２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、加振部７０を点線Ｌにできるだけ近い位置に設けた場合にも、最下端部９１１と加振部７０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。

加振部７０の最下端部７０１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７０１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、加振部７０により載置面１５０を適切に振動させることができる。

また、加振部７０の最下端部７０１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７０１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２０１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２０１と載置面１５０との間で異音が発生しにくくなる。

図１２（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、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１２（ａ）に示すように、スタンド９０を開いた状態にし、筐体２０の下面２０ａ側を下方にして、加振部７０のキャップ７２及び脚部９１が机等の載置面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７０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。また、積層型圧電素子６１には、加圧部９３から規制部７１に加えられる圧力が伝達される。なお、図１２（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は伸縮振動する。図１２（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７０は、圧電振動部６０から力を受け、載置面１５０側に押し出されることによって、積層型圧電素子６１の静止状態（図１２（ａ）に示す状態）よりも、筐体２０から載置面１５０側へ突出する。図１２（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、加振部７０は、載置面１５０から筐体２０側へ押し込まれ、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１２（ｂ）及び（ｃ）に示す状態を繰り返すことにより、加振部７０は、脚部９１の載置面１５０への接触部分を支点として、キャップ７２が載置面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、最下端部２０１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の伸縮振動が加振部７０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１５０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。

また、図３に示す積層型圧電素子６１の下面部分と保持部２１の下面２０ａ側内面との距離ｄ_１、及びフランジ部７３とストッパ部２４ａとの距離ｄ_２は、積層型圧電素子６１が伸縮しない状態から最も伸びた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、積層型圧電素子が最も伸びた状態（図１２（ｂ）に示す状態）でも、積層型圧電素子６１の下面部分及びフランジ部７３は、それぞれ保持部２１の下面２０ａ側内面及びストッパ部２４ａと接触することなく、積層型圧電素子６１の振動を有効に載置面１５０に伝達することができる。また、図３に示すキャップ７２とストッパ部２４ａとの距離ｄ_３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１２（ｃ）に示す状態）でも、キャップ７２とストッパ部２４ａとが接触しにくくできる。したがって、キャップ７２が加振部７０から脱落しにくくなる。

保持部２１及び加振部７０の形状、筐体２０内おける配置箇所、キャップ７２の寸法、積層型圧電素子６１の積層方向の長さ等は、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、積層型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、積層型圧電素子として、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に伝達するので、載置面に対する伸縮方向（変形方向）の振動伝達効率が良く、載置面を効率良く振動させることができる。しかも、被覆部材６３ｂを介して積層型圧電素子６１を加振部７０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７０のキャップ７２を載置面に接触させると、圧電振動部６０を介して加振部７０のキャップ７２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７２を載置面に確実に接触させて、圧電振動部６０の伸縮振動を載置面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、スタンド９０の開閉状態と圧電振動部６０の規制状態及び非規制状態とを連動させることができる。すなわち、音発生器を使用して音を発生させない場合には、スタンド９０を閉じた状態とすることにより、圧電振動部６０を非規制状態とすることができる。そうすることで、圧電振動部６０は、封止部材６２ａ及び６２ｂの弾性により、外部の衝撃から保護される。その反対に、音発生器を使用して音を発生させる場合、非規制状態から規制状態にすることにより、圧電振動部６０を筐体２０内で固定し、積層型圧電素子６１の振動を確実に加振部７０に伝達することができる。さらに、スタンド９０の開閉を、積層型圧電素子６１への音信号のスイッチとして機能させる場合には、音発生器の使用に応じた積層型圧電素子６１への音信号の印加を行うことができる。従って、スイッチ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、圧電振動部６０に封止部材（パッキン）６２ａ及び６２ｂを設けることにより、積層型圧電素子６１への水の侵入を防止することができるため、積層型圧電素子６１を水分から保護することができる。

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弾性（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、封止部材６２ａ及び６２ｂはパッキンに限られない。封止部材６２ａ及び６２ｂとして、Ｏリングを使用してもよい。図１３は、封止部材６２ａ及び６２ｂとしてＯリングを使用した場合の携帯電話機の短手方向に沿った断面図の一部を示す図である。図１３は、上記実施の形態の説明において使用した図３に対応するものであり、封止部材６２ａ及び６２ｂとしてパッキンに代わってＯリングを備える。Ｏリングは、例えば弾性を有するシリコーンゴムによって形成される。Ｏリングは、開口部２３ａ及び２３ｂに設けられたＯリング保持部２６ａ及び２６ｂと、加振部７０及び規制部７１のそれぞれとによって保持される。このＯリングは、外部から圧電振動部６０への水の浸入を防止している。

図１４は、規制部７１及びＯリングの位置を示す部分拡大図である。スタンド９０が閉じた状態のとき、すなわち音発生器から音を発生させない場合、図１４（ａ）に示すように、規制部７１は第１の位置にある。そして、音発生器から音を発生させるためにスタンド９０が開いた状態になった場合、図１４（ｂ）に示すように、規制部７１は、加圧部９３からの圧力により押し下げられ、第２の位置まで移動する。このとき、規制部７１に接するＯリングは、押しつぶされて歪んだ状態となる。こうして規制部７１が積層型圧電素子６１と接触し、積層型圧電素子６１の支持状態を規制する。この状態で積層型圧電素子６１に音信号が印加され、積層型圧電素子６１が振動すると、この振動は、加振部７０を介して載置面に伝達され、載置面から音が発生する。

音発生器の使用後、スタンド９０を再び閉じた状態にすると、規制部７１には、加圧部９３から圧力が加わらなくなる。そうすると、歪んでいたＯリングの弾性力により、規制部７１は、第１の位置に押し戻され、図１４（ａ）に示す状態に戻る。第１の位置においては、規制部７１と積層型圧電素子６１とが接触していない。そのため、積層型圧電素子６１に音信号が印加されて積層型圧電素子６１が振動しても、この振動は、規制部７１と積層型圧電素子６１との間の隙間で行われ、載置面には伝達されない。このようにして、Ｏリングを封止部材６２ａ及び６２ｂとして使用することができる。なお、規制部７１と積層型圧電素子６１の被覆部材６３ａとは、直接接触することにより摩耗が生じる場合がある。これを防止するために、規制部７１と被覆部材６３ａとの間に、例えばスポンジ等を挿入してもよい。

また、規制部７１が行う第１の位置及び第２の位置の移動は、上述の説明のように、上下に移動する構造に限られない。例えば、図１５に模式的に示すように、規制部７１は、横にスライドさせて移動する構造であってもよい。図１５（ａ）は、かかるスライド構造において、規制部７１が第１の位置にある場合を示している。載置面１５０上に加振部７０が配置され、加振部７０に接触するように圧電振動部６０が配置される。また、規制部７１は、例えばスライド板７４により保持され、スライド板７４は、筐体２０に設けられたスライド板保持部２７により保持される。規制部７１が第１の位置にある場合、規制部７１と圧電振動部６０とは接触していないため、圧電振動部６０は、振動が規制されていない非規制状態である。この場合、積層型圧電素子６１に音信号が印加され積層型圧電素子６１が振動しても、この振動は加振部７０を介して載置面１５０には伝達されず、積層型圧電素子６１は加振部７０とは反対側の上方向に向かって振動する。

図１５（ｂ）は、規制部７１が第２の位置にある場合を示している。このとき、規制部７１は、積層型圧電素子６１と接触し、圧電振動部６０の支持状態を規制しているため、圧電振動部６０は、規制状態である。この状態で、積層型圧電素子６１に音信号が印加され積層型圧電素子６１が振動すると、非規制状態の場合とは異なり、積層型圧電素子６１の上方向への振動が規制部７１により規制されているため、積層型圧電素子６１の振動は、加振部７０を介して載置面１５０に伝達される。このようにして、載置面１５０から音が発生する。

また、スタンド９０が開いた状態をより確実に保持するために、スタンド９０は爪部を有し、爪部が筐体２０の内部に設けたロック部に固定される構造とすることができる。この爪部とロック部とは、スタンド９０の開閉動作を妨げない構造で形成されていればよい。

更に、図９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９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、被接触部材が机であり、載置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。載置面は水平な面でなくともよい。載置面は、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、上記実施の形態において、携帯電話機１０は、フランジ部７３とキャップ７２と有する加振部７０を備えるとして説明したが、携帯電話機１０はこれに限られない。携帯電話機１０は、キャップ７２のみを有する加振部７０を備えていてもよい。さらには、携帯電話機１０は、例えば図１６に示すように、加振部７０を備えず、圧電振動部６０を直接載置面と接触させて、圧電素子６１の変形に起因する振動を載置面に伝えて載置面を振動させるように構成してもよい。このとき、圧電振動部６０は被覆部材であるキャップ６４を介して載置面と接触し、圧電素子６１の変形に起因する振動を載置面に伝えて載置面を振動させてもよい。

１０ 携帯電話機
２０ 筐体
２０ａ 下面
２０ｂ 上面
２１ 保持部
２２ ガイド
２３ａ、２３ｂ 開口部
２４ａ、２４ｂ ストッパ部
２５ 開口
２６ａ、２６ｂ Ｏリング保持部
２７ スライド板保持部
３０ パネル
３１ バッテリパック
３２ カメラユニット
４０ 入力部
５０ 表示部
６０ 圧電振動部
６１ 圧電素子
６２ａ、６２ｂ 封止部材
６３ａ、６３ｂ 被覆部材
６４ キャップ
７０ 加振部
７１ 規制部
７２ キャップ
７３ フランジ部
７４ スライド板
８０ バッテリリッド
８１ 回転ストッパ部
８１ａ、８１ｂ 回転ストッパ面
８２ スタンドガイド
８３ シャフト
８４ スプリング取付部
８５ スプリング
８６ シャフトカラー
９０ スタンド
９１ 脚部
９２ 取付部
９３ 加圧部
９３ａ 端面
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

Claims (8)

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、
   当該音発生器が載置面に載置されたときに前記載置面と対向する前記筐体の下面側と逆側の前記圧電振動部の端部に位置し、前記圧電振動部の支持状態を規制する規制状態と規制しない非規制状態とを取りうる規制部と、
   前記圧電振動部に荷重を与える錘と、
   前記筐体に開閉可能に取り付けられたスタンドと、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、音信号に応じて前記圧電素子が駆動されて前記圧電振動部が変形し、該圧電振動部の変形により、前記音発生器が接触する載置面を振動させて該載置面から音を発生させ、
   前記スタンドが開いた状態において前記圧電振動部は前記規制状態となり、前記スタンドが閉じた状態において前記圧電振動部は前記非規制状態となる、
   音発生器。
2. 前記規制部は、第１の位置において前記圧電振動部を非規制状態とし、第２の位置において前記圧電振動部を規制状態とする、請求項１に記載の音発生器。
3. 前記圧電素子は、前記非規制状態において駆動されない、請求項１または請求項２に記載の音発生器。
4. 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載置面に伝えて前記載置面を振動させる被覆部材を含む、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. 当該音発生器が載置面に載置されたときに前記圧電振動部と前記載置面との間に配置されるように、前記規制部と逆側の端部に位置する加振部をさらに有し、
   前記圧電振動部を介し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素子が駆動されて前記圧電振動部が変形し、該圧電振動部の変形により、前記加振部が接触する載置面を振動させて該載置面から音を発生させる、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、前記圧電振動部の変形に起因する振動を前記載置面に伝えて前記載置面を振動させる被覆部材を含む、請求項５に記載の音発生器。
7. 前記圧電振動部は、前記筐体内において水密に保持されている、請求項５または請求項６に記載の音発生器。
8. 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７のいずれか一項に記載の音発生器。

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