JP2015192241A - 音発生器及び音発生システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡便かつ軽量に構成できる音発生器を提供する。
【解決手段】 圧電素子６１を有する圧電振動部６０と、永久磁石７０と、を備え、永久磁石７０の磁力により圧電振動部６０が接触面に押圧された状態で、圧電素子６１に音信号を印加することで圧電素子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を振動させて接触面から音を発生させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、音発生器が接触する接触面を振動させて音を発生させる音発生器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、これらの装置はいずれも錘を備え、錘による荷重を、圧電素子により変形される弾性体を介して被振動体に与えることで、被振動体を振動させるようにしているため、装置の重量がかさむことになる。

かかる観点に鑑みてなされた本発明の目的は、簡便かつ軽量に構成できる音発生器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、
圧電素子を有する圧電振動部と、
永久磁石と、を備え、
前記永久磁石の磁力により前記圧電振動部が接触面に押圧された状態で、前記圧電素子に音信号を印加することで該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。

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。

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接触面に伝えて前記接触面を振動させる被覆部材を含んでいてもよい。

前記音信号は、所定の閾値よりも高い周波数成分の少なくとも一部がカットあるいは減衰された信号であってもよい。

前記音信号は、前記所定の閾値よりも周波数が高くなるにつれて、漸次あるいは段階的に減衰率が高くなる信号であってもよい。

前記音信号は、フィルタにより前記所定の閾値よりも高い周波数成分の少なくとも一部がカットあるいは減衰された信号であってもよい。

前記音信号は、音楽又は音声の再生音信号であり、
前記接触面から音楽又は音声を発生させてもよい。

無線部をさらに備え、
前記音信号は、前記無線部による受信信号に基づいて生成されてもよい。

ライン入力部をさらに備え、
前記音信号は、前記ライン入力部に入力されるライン入力信号に基づいて生成されてもよい。

前記永久磁石は、前記圧電振動部の変形方向と直交する平面内で、前記圧電振動部の前記接触面への接触部に関して対称な位置関係で１個又は複数個配置されてもよい。

前記永久磁石は、前記圧電振動部の変形方向に着磁されていてもよい。

前記永久磁石は、前記圧電振動部の変形方向と直交する方向に着磁されていてもよい。

前記接触面は、当該音発生器が載置される載置面であってもよい。

さらに、上記目的を達成する本発明に係る音発生システムは、
上記のいずれかの音発生器と、
前記永久磁石に磁気的に吸着可能な振動伝達部材と、を備え、
前記振動伝達部材が載置面に載置されて前記永久磁石の磁力により前記圧電振動部が前記振動伝達部材の接触面に押圧された状態で、前記圧電素子に音信号を印加することで該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振動伝達部材を介して前記載置面を振動させて該載置面から音を発生させる。

本発明によれば、簡便かつ軽量に構成できる音発生器及び音発生システムを提供することができる。

本発明の第１実施の形態に係る音発生器を説明するための図である。 図１の音発生器の底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の永久磁石の着磁方向の説明図である。 図１の音発生器の要部の機能ブロック図である。 図７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８のＬＰＦの周波数特性の一例を示す図である。 図１の音発生器の動作を説明するための概略図である。 図１の音発生器の接触面への２つの吸着態様を示す図である。 本発明の第２実施の形態に係る音発生システムの説明図である。 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。 永久磁石の他の配置例を示す図である。

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。

（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係る音発生器を説明するための図で、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）は底面図である。本実施の形態に係る音発生器１０は、筐体２０と、ライン入力部３０と、充電用ＤＣ入力端子４０と、圧電振動部６０と、４個の永久磁石７０とを有する。筐体２０は、直方体形状、多角体形状や円柱体形状等の任意の立体形状からなる。図１では、筐体２０が直方体形状からなる場合を例示している。

ライン入力部３０は、外部機器のライン出力端子とライン（有線）により接続されて、外部機器から出力される音信号（再生音信号）を入力するもので、例えばモノラルジャックからなる。充電用ＤＣ入力端子４０は、電源部２４（図２参照）を充電するためのＤＣ電圧を入力するもので、ＤＣジャックやＵＳＢ端子で構成される。図１では、充電用ＤＣ入力端子４０がＵＳＢ端子からなる場合を例示している。ライン入力端子３０及び充電用ＤＣ入力端子４０は、筐体２０の上面や任意の側面の同一又は異なる面に設けられる。図１では、ライン入力端子３０及び充電用ＤＣ入力端子４０を、筐体２０の同一の側面２０ａに設けた場合を例示している。

圧電振動部６０は、筐体２０の底面２０ｂのほぼ中央部から突出して設けられる。永久磁石７０は、筐体２０の底面２０ｂの四隅にそれぞれ接着等により装着されている。

本実施の形態に係る音発生器１０は、筐体２０の底面２０ｂに設けられた永久磁石７０を磁性部材の接触面（載置面）に磁気的に吸着させて、圧電振動部６０を永久磁石７０の磁力により接触面に押圧させる。そして、その状態で圧電振動部６０に音信号を印加することにより圧電振動部６０を変形させ、該圧電振動部６０の変形により接触面を振動させて該接触面から音を発生させる。圧電振動部６０及び永久磁石７０については、後に詳述する。

図２は、図１の音発生器１０の底面側を分解して示す要部の概略斜視図である。筐体２０は、本体ケース２１と底蓋２２とを有する。本体ケース２１は、筐体２０の上面や周囲の側面２０ａを形成する音発生器１０の外装カバーである。底蓋２２は、筐体２０の底面２０ｂを形成する外装カバーである。本体ケース２１には、例えば、電子回路部２３、電源部２４等が内蔵される。電子回路部２３は、音発生器１０の全体の動作を制御するもので、後述する制御部や圧電素子駆動部等を備える。電源部２４は、リチウム−イオン電池等の二次電池を備え、電子回路部２３に所要の電力を供給するとともに、充電用ＤＣ入力端子４０から入力されるＤＣ電圧により充電される。

本実施の形態に係る音発生器１０は、筐体２０の底面側に、圧電振動部６０を収納保持する保持部１００を備える。すなわち、圧電振動部６０は、筐体２０が永久磁石７０により吸着される接触面と対向する部位に配置されている。保持部１００は、例えば音発生器１０の底面２０ｂのほぼ垂直方向に延在し、筐体２０の底面側に開口する一様な幅のスリット１０１を有する。また、底蓋２２には、圧電振動部６０が接触面に当接できるように、圧電振動部６０を突出させる孔２２ａが設けられている。

圧電振動部６０は、圧電素子６１と、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８層から５０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、永久磁石７０の磁力に応じて、圧電振動部６０が当接する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、圧電素子駆動部を介して、制御部から音信号（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、圧電素子駆動部を介して、制御部から音信号に応じた電圧が印加される。制御部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。

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、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、接触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、例えばシリコーンゴムによって形成される。Ｏリング６２は、積層型圧電素子６１の可動保持用であると同時に、スリット１０１の内部に水分又は塵を侵入しにくくする。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、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塵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、本体ケース２１に底蓋２２が装着された状態で、キャップ６３の突出部６３ｂが底蓋２２から外部に突出する。また、キャップ６３の突出部６３ｂは、底蓋２２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、筐体２０の底面２０ｂを形成する底蓋２２から長さｄだけ離間している。

図２において、底蓋２２には、筐体２０の底面側の四隅にそれぞれ永久磁石７０が接着等により装着されている。永久磁石７０は、フェライト磁石やネオジウム磁石等の任意の種類のものを用いることができる。また、形状も、方形状、円柱状等の任意の形状のものを用いることができる。ここでは、永久磁石７０が方形状からなる場合を例示している。永久磁石７０は、好ましくは圧電振動部６０に関して対称な位置関係で底蓋２２の四隅に接着される。すなわち、永久磁石７０は、圧電振動部６０の変形方向と直交する平面内で、圧電振動部６０のキャップ６３に関して対称な位置関係で装着される。

永久磁石７０は、着磁方向が、図６（ａ）に示すように圧電振動部６０の変形方向すなわち底蓋２２の法線方向であってもよいし、図６（ｂ）に示すように圧電振動部６０の変形方向と直交する方向すなわち底蓋２２の面と平行な方向であってもよい。また、永久磁石７０は、磁性体からなる接触面に磁気的に吸着させたときに、圧電振動部６０のキャップ６３が永久磁石７０の磁力により接触面に押圧される厚さを有する。

図７は、本実施の形態に係る音発生器１０の要部の機能ブロック図である。音発生器１０は、ライン入力部３０、積層型圧電素子６１、無線部１１０、圧電素子駆動部１２０及び制御部１３０を備える。なお、電源部２４及び充電用ＤＣ入力端子４０は、図示を省略している。ライン入力部３０、無線部１１０及び圧電素子駆動部１２０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に接続される。

無線部１１０は、再生音信号により変調された電磁波を受信するもので、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の近距離無線通信部、小電力無線通信部等からなる。なお、無線部１１０は、送信機能を持たない例えばＡＭ／ＦＭ等のラジオ受信部、あるいは赤外線受信部であってもよい。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（音声又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。再生音信号は、無線部１１０で受信される電磁波に基づくものでもよいし、ライン入力部３０から入力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８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、制御部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、制御部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１Ｖｐｐ〜５００Ｖｐｐとすることができるが、かかる範囲に限定されず、永久磁石７０の磁力や積層型圧電素子６１の性能等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９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。制御部１３０は、例えばＣＰＵやＤＳＰ等により構成される。

図１０（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、本実施の形態に係る音発生器１０の動作を説明するための概略図である。音発生器１０は、図１０（ａ）に示すように、筐体２０の底面２０ｂ側を下方にして、永久磁石７０を磁性部材の接触面１５０に磁気的に吸着させる。これにより、圧電振動部６０のキャップ６３は、永久磁石７０の磁力によって接触面１５０に押圧される。なお、図１０（ａ）に示す状態では、積層型圧電素子６１に電圧が印加されていないため、積層型圧電素子６１は伸縮しない。

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、キャップ６３が接触面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。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〜１００μｍである。この際、永久磁石７０は、接触面１５０から離間することなく吸着状態を維持する。したがって、音発生器１０は、積層型圧電素子６１の振動に応じてその伸縮方向に撓むことになる。これにより、積層型圧電素子６１の伸縮振動がキャップ６３を通して接触面１５０に伝達されて接触面１５０が振動し、接触面１５０が振動スピーカとして機能して接触面１５０から音が発生する。積層型圧電素子６１は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、接触面１５０を適切に振動させられないおそれがあり、一方、１００μｍを超えると、周波数により振動が大きくなって音発生器１０ががたつくおそれがある。なお、図１０（ｂ）及び（ｃ）では、音発生器１０の撓みを誇張して示している。また、１００μｍより少なくても、荷重と周波数の関係によりがたつく可能性もある。

ここで、図５に示した底面２０ｂ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の底面２０ｂ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。

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１０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、その伸縮振動を接触面１５０に伝達するので、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、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を接触面１５０に押圧接触させるので、積層型圧電素子６１の破損も防止できる。

また、本実施の形態に係る音発生器１０は、主として積層型圧電素子６１の振動を直接的に接触面１５０に伝達させることができるため、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１０は、積層型圧電素子６１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。

また、本実施の形態に係る音発生器１０は、永久磁石７０の磁力によって圧電振動部６０を接触面１５０に押圧させるので、音発生器１０に錘を設けることなく、キャップ６３を接触面１５０に確実に接触させて、圧電振動部６０の伸縮振動を接触面１５０に効率良く伝達することができる。したがって、音発生器１０の重量を、例えば１００ｇ程度と軽量化することができる。しかも、音発生器１０は磁力によって接触面に吸着されるので、接触面が磁性体を有していれば、図１１（ａ）に示すように接触面１５０が平面の場合に限らず、図１１（ｂ）に示すように接触面１５０が垂直面の場合にも吸着させることができるとともに、傾斜面の場合にも吸着させることができる。したがって、室内においては、例えばキッチンの磁性を有するシンクや冷蔵庫のドアや側面等に吸着させて利用することができる。また、室外においては、例えば駐車中の車のボンネット等の車体に吸着させて利用することもでき、利便性及び汎用性を向上することができる。

ここで、永久磁石７０による吸着力は、図１１（ｂ）に示したように垂直な接触面１５０に吸着させた場合にも、接触面１５０に確実に振動を伝達できるように設定される。例えば音発生器１０の重量が１００ｇの場合、接触面１５０への吸着率を７５％、垂直すべりを２５％とすると、永久磁石７０として、０．５３３ｋｇｆ以上の吸着力を有するものを装着するとよい。したがって、例えばネオジウム磁石を用いる場合は、例えば縦×横×厚さの寸法が４ｍｍ×４ｍｍ×４ｍｍの立方体形状のものを装着するとよい。この場合、０．６２８ｋｇｆの吸着力が得られる。

（第２実施の形態）
図１２は、本発明の第２実施の形態に係る音発生システムの説明図である。本実施の形態に係る音発生システムは、第１実施の形態で説明した音発生器１０と、音発生器１０の永久磁石７０に磁気的に吸着可能な磁性部材からなる板状の振動伝達部材１６０とを備える。すなわち、音発生器１０は、接触面に磁気的に吸着させて使用されるものであるため、接触面を構成する部材が磁性を有する必要がある。しかし、ユーザが所望する音発生器１０の載置面１７０は、非磁性部材からなる場合もある。

本実施の形態に係る音発生システムは、ユーザが所望する載置面１７０が非磁性体部材からなる場合でも、当該載置面１７０上に音発生器１０を載置して、載置面１７０から音を発生できるようにしたものである。そのため、本実施の形態に係る音発生システムでは、音発生器１０を振動伝達部材１６０に吸着させることで、載置面１７０上に振動伝達部材１６０を介して音発生器１０を載置する。これにより、音発生器１０の圧電振動部６０の振動を、振動伝達部材１６０を介して載置面１７０に伝達して該載置面１７０から音を発生させる。

振動伝達部材１６０は、鉄、ケイ素鋼等の公知の磁性材料からなる。振動伝達部材１６０は、全体に非磁性のコーティングが施されていても、施されていなくてもよい。また、振動伝達部材１６０は、永久磁石７０の全てが吸着できて、圧電振動部６０の振動を載置面１７０に確実に伝達できれば、任意の形状、大きさ、厚さとすることができるが、形状及び大きさは筐体２０の底面２０ｂとほぼ同じ形状及び大きさとするのが見た目もよい。また、振動伝達部材１６０は、載置面１７０と接する側の面を平面として載置面１７０に面接触させるようにしてもよいし、載置面１７０と接する側の面に３個以上の複数の突起を形成して載置面１７０に点接触させるようにしてもよい。

本実施の形態に係る音発生システムによると、ユーザが所望する載置面１７０が非磁性体部材からなる場合でも、載置面１７０上に振動伝達部材１６０を介して音発生器１０を載置することにより、該載置面１７０から音を発生させることができる。

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、圧電振動部６０を保持部１００に対して固定する構造は、図５に示した構造に限られない。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、底面２０ｂ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、音発生器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、底面２０ｂ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、筐体２０が接触面に磁気的に吸着されると、バイモルフ６５が接触面を磁力により押圧する。この状態で、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の振動が接触面に伝達されて、接触面が振動スピーカとして機能して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。また、バイモルフ６５は、接触面を直接押圧するようにしてもよいし、バイモルフ６５の表面６５ａに中継部材を接合して、該中継部材を介して接触面を押圧するようにしてもよい。

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、筺体２０を吸着させる永久磁石は４個に限らず、任意の個数とすることができる。例えば図１５（ａ）に示すように、底蓋２２の両側で圧電振動部６０に関して対称な位置に２個の棒状の永久磁石７１を装着してもよい。この場合、第１実施の形態で説明したと同様に、音発生器１０の重量が１００ｇで、垂直な接触面に吸着させた場合に０．５３３ｋｇｆ以上の吸着力を得るには、例えばフェライト磁石を用いる場合、縦×横×厚さの寸法が２２ｍｍ×２２ｍｍ×５ｍｍの四角柱状のものを装着するとよい。この場合、０．５３５ｋｇｆの吸着力が得られる。また、図１５（ｂ）に示すように外形が四角形状で中空状の１個の永久磁石７２を、中空の中心部に圧電振動部６０が位置するように装着してもよいし、図１５（ｃ）に示すようにリング状の１個の永久磁石７３を、中空の中心部に圧電振動部６０が位置するように装着してもよい。また、筐体２０の底面２０ｂに、圧電振動部６０に関して対称な位置関係で３個の永久磁石を装着して、音発生器１０を接触面に３点で吸着させるようにしてもよい。

さらに、永久磁石は、筐体２０の底面２０ｂに露出して装着することなく、底蓋２２の内側すなわち筐体２０の内部に装着してもよい。この場合、底面２０ｂには、圧電振動部６０の突出量に応じて適当な厚さの非磁性体又は磁性体のスペーサを設けるとよい。また、音発生器１０は、永久磁石に限らず、面ファスナ等の公知の剥離可能な接着部材により接触面に保持するようにして、圧電振動部６０の振動を接触面に伝達するようにしてもよい。

また、上記実施の形態の説明では、積層型圧電素子の他端部には、キャップが挿入されているとして説明したが、本発明はこのような場合に限定されるものではない。例えば、積層型圧電素子の他端部にこのようなキャップを用いないとしても良い。

また、上記実施の形態の説明では、積層型圧電素子は、筐体の保持部のスリットに接着剤（例えば、エポキシ樹脂）を介して固定されるとしたが、本発明はこのような場合に限定されるものではない。例えば、接着剤に代えて、シリコンゴム等の弾性体に、例えばスリットを開けて、素子を押し込んで固定する方法を採用しても良い。

また、上記各実施の形態、変形例及び変更例は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜任意に組み合わせて実施することができる。

１０ 音発生器
２０ 筐体
２０ａ 側面
２０ｂ 底面
３０ ライン入力部
４０ 充電用ＤＣ入力端子
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 永久磁石
１００ 保持部
１０１ スリット
１０２ 接着剤
１１０ 無線部
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 接触面
１６０ 振動伝達部材
１７０ 載置面

Claims (14)

1. 圧電素子を有する圧電振動部と、
   永久磁石と、を備え、
   前記永久磁石の磁力により前記圧電振動部が接触面に押圧された状態で、前記圧電素子に音信号を印加することで該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、
   音発生器。
2. 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に記載の音発生器。
3. 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接触面に伝えて前記接触面を振動させる被覆部材を含む、
   請求項１に記載の音発生器。
4. 前記音信号は、所定の閾値よりも高い周波数成分の少なくとも一部がカットあるいは減衰された信号である、
   請求項１に記載の音発生器。
5. 前記音信号は、前記所定の閾値よりも周波数が高くなるにつれて、漸次あるいは段階的に減衰率が高くなる信号である、
   請求項４に記載の音発生器。
6. 前記音信号は、フィルタにより前記所定の閾値よりも高い周波数成分の少なくとも一部がカットあるいは減衰された信号である、
   請求項４に記載の音発生器。
7. 前記音信号は、音楽又は音声の再生音信号であり、
   前記接触面から音楽又は音声を発生させる、
   請求項１に記載の音発生器。
8. 無線部をさらに備え、
   前記音信号は、前記無線部による受信信号に基づいて生成される、
   請求項１に記載の音発生器。
9. ライン入力部をさらに備え、
   前記音信号は、前記ライン入力部に入力されるライン入力信号に基づいて生成される、
   請求項１に記載の音発生器。
10. 前記永久磁石は、前記圧電振動部の変形方向と直交する平面内で、前記圧電振動部の前記接触面への接触部に関して対称な位置関係で１個又は複数個配置されている、
    請求項１に記載の音発生器。
11. 前記永久磁石は、前記圧電振動部の変形方向に着磁されている、
    請求項１に記載の音発生器。
12. 前記永久磁石は、前記圧電振動部の変形方向と直交する方向に着磁されている、
    請求項１に記載の音発生器。
13. 前記接触面は、当該音発生器が載置される載置面である、
    請求項１に記載の音発生器。
14. 請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の音発生器と、
    前記永久磁石に磁気的に吸着可能な振動伝達部材と、を備え、
    前記振動伝達部材が載置面に載置されて前記永久磁石の磁力により前記圧電振動部が前記振動伝達部材の接触面に押圧された状態で、前記圧電素子に音信号を印加することで該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振動伝達部材を介して前記載置面を振動させて該載置面から音を発生させる、
    音発生システム。
    

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