(57)【要約】 【課題】  骨伝導機能と気導機能の両方の機能を備えた、コンパクトな構成の音響信号発生装置を提供すること。【解決手段】  略コの字型の拡大構造により積層型圧電素子２の変位を拡大し、その固定部に錘３０をつけ、また、出力部に利用者に接触するパッド６０を配置することにより骨伝導機能を持たせ、このパッド基底部に皿形状のフランジ部６２を設けることにより気導機能を持たせる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部より印加される電気信号に応じて伸縮変位して機械振動する積層型圧電素子と、該積層型圧電素子の伸縮変位を受ける受け面、および該積層型圧電素子を支持する支持部からなる錘と、前記積層型圧電素子と前記支持部を被うように装着され、前記積層型圧電素子の機械振動を拡大して出力する拡大レバーと、該拡大レバーの出力部に剛性を有するパッドを備えた音響信号発生装置であって、前記パッドは一端が閉じた突起部と、該突起部の開放端面の周囲に設けられたフランジ部からなり、該フランジ部の縁部は、前記突起部の先端と開放端面の間に位置することを特徴とする音響信号発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音声電気信号を音響振動に変換して聴覚器官に伝えることにより、利用者に音を認識させる音響信号発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機や携帯音楽機器の急速な普及に伴い、騒音環境での通話における通話品質や、電車内での音楽鑑賞における音量、音質等の改善が求められている。これらの課題を解決する技術として、骨伝導スピーカと言われる音響信号発生装置が注目されている。
【０００３】
骨伝導スピーカは、音情報(音声や音楽の情報)を機械振動に変換し、頭部の骨を介して音情報を聴覚神経に伝達する。利用者は骨伝導スピーカの機械振動している部分を頭部の骨に接触させることで音情報を認識できるので、例えば騒音環境下のように音が聞き取りにくい状況であっても、骨伝導スピーカを用いることで音情報の伝達が可能になる。
【０００４】
骨伝導スピーカを携帯電話機等のレシーバーとして使用する場合は、その装置に組み込まれた状態での音量、音質、エコー性能(スピーカからマイクロホンへの漏れ込み)などが大切である。特にエコー性能は、携帯電話等において通話品質に関わる非常に大切な一項目である。
【０００５】
上記性能に適った骨伝導スピーカとして、略コの字型の主構造体からなる変位拡大機構を持つ音響信号発生装置が特許文献１で提案されている。図４は、従来技術による音響信号発生装置の断面図である。変位拡大機構の主構造体である拡大レバー１は、量産に適した鋼板をプレス成形加工して形成されている。コの字の対向する上下辺間、すなわち、上辺である拡大レバー出力部１ｂと、下辺である拡大レバーベース部１ａとの間には入力線２ａが接続された積層型圧電素子２が設置されている。この積層型圧電素子２は積層方向(長手方向)に変位して、コの字の開放端側、即ち拡大レバー出力部１ｂと、拡大レバーベース部１ａとを弾性的に結合する拡大レバー弾性部１ｃに対向する側が相対的に開閉するように変位する。この変位はテコの原理により拡大されており、先端側では大きな変位が得られる。
【０００６】
拡大レバー出力部１ｂと拡大レバーベース部１ａは、これらを繋ぐコの字型の縦の辺である拡大レバー弾性部１ｃに比べて高い剛性を持つ。また、拡大レバーベース部１ａには、比重の大きな金属材料の成形品である錘３が、固定ネジ４により取り付けられている。
【０００７】
一方、拡大レバー出力部１ｂの上面には、プラスチック成形品のパッド６が接着固定されている。拡大レバー出力部１ｂとパッド６よりなる出力部の質量は、拡大レバーベース部１ａと錘３よりなるベース部の質量よりも小さい。そのため拡大レバー弾性部１ｃは、積層型圧電素子２が変位する際、ベース部と出力部の回動変位に対して、ヒンジの役目と戻り力を発生する弾性変形部となる。
【０００８】
このとき、出力部の質量はベース部の質量よりも小さいため、出力部の回動変位はベース部の回動変位より大きい。この出力部の上面、即ちパッド６の上面部を利用者の頭部に接触させると、拡大された変位が利用者に伝わる。すなわち、上記の構成において、音響信号が積層型圧電素子２に印加されると、変位拡大機構は積層型圧電素子２の変位を拡大し、拡大レバー出力部１ｂのパッド６へ拡大した変位を伝達する。パッド６を頭部に接触させることで、機械的な振動が聴覚神経を伝搬し、利用者は骨伝導音を認識できる。
【０００９】
しかし、骨伝導スピーカの使い方を知らない利用者が、パッド部を頭部に接触させなかった場合、出力部の振動は頭部に伝わらない。つまり、音情報が、利用者に認識されないという課題がある。
【００１０】
また、携帯電話機や携帯音楽機器の小型化に伴い、音響信号発生装置にも更なる小型化、高性能化が求められているため、より簡単な構成で、より大きな出力を得られる構造が求められている。
【００１１】
【特許文献１】特開２００７−７４６６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明が解決しようとする課題は、上記した出力部を頭部に接触させたとき、および頭部に接触させないときの両方の利用形態において、同様に利用できる機能を備えた構成、言い換えると骨伝導機能と気導機能の両方の機能を備えた、コンパクトな構成の音響信号発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によれば、印加される電気信号に対応して伸縮変位して機械振動する積層型圧電素子と、該積層型圧電素子の伸縮変異を受ける受け面、および該積層型圧電素子を支持する支持部からなる錘と、該積層型圧電素子が発生した機械振動を拡大して出力する拡大レバーと、該拡大レバーの出力部に剛性を有するパッドを備えた音響信号発生装置が得られる。
【００１４】
ここで、前記パッドは一端が閉じた突起部と、該突起部の開放端面の周囲に設けられたフランジ部からなり、フランジ部の縁部は前記突起部の先端と開放端面の中間に配置されている。また、フランジ部は、空気に変位を与えるに耐えうる剛性を持ち、質量が十分小さければ、縁部が突起部先端側に開口部を持っていても、開放端面側に開口部を持っていても構わない。
【００１５】
本発明において、錘の受け面と支持部が構成するフレーム構造部の剛性および基底部の剛性は、拡大レバー折り曲げ部の曲げ剛性に対して十分高い。そのため、積層型圧電素子の伸縮の変位に対応した回動変位は、拡大レバー折り曲げ部を回転中心として、拡大レバー出力部とパッドの突起部、およびフランジ部に出力される。また、拡大レバー駆動部と拡大レバー出力部、およびパッドからなる可動部と、拡大レバー基底部と錘からなる固定部とは、回動中心となる拡大レバー折り曲げ部を中心として、拡大レバーの先端が開閉する方向に変位動作（回動変位）する。
【００１６】
このとき、固定部の質量は可動部の質量より十分に大きいので、主に可動部が変位する。言い換えれば、可動部と固定部は、回動中心である拡大レバー折り曲げ部を中心とする、可動部の慣性モーメント、および固定部の慣性モーメントの比に反比例して変位する。従って、固定部の動きを抑えるには、固定部の質量を大きくするか、あるいは固定部の重心を回転中心である折り曲げ部から離れた位置に配置すれば良い。同様に、可動部の質量を小さくするか、あるいは可動部の重心を拡大レバー折り曲げ部に近づけても良い。
【００１７】
また、固定部の錘は回動中心の拡大レバー折り曲げ部から最も離れた位置に配置される。また、予圧ネジは錘の端からその長手方向に装着されるので、錘の最も質量が大きい部分は回動中心から離れた位置に配置される。従って、固定部の重心は、拡大レバー折り曲げ部から離れた位置にある。一方、可動部は、リブの先端を細くすることで可動部の重心を折り曲げ部に近づけている。可動部の質量は、固定部の質量に対し十分小さくできるため、固定部の変位を抑えられる。以上の構成により、可動部および固定部の慣性モーメントの効果が期待できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、パッドの突起部を頭部に接触させたとき、および頭部に接触させないときの両方の利用形態において、音情報を認識できる機能を備えた構成、言い換えると骨伝導機能と気導機能を持ったコンパクトな構成の音響信号発生装置が得られる。よって、利用者は、騒音環境においては骨伝導機能を、また、静寂環境においては気導機能を選択的に使用できる。従って、本装置を採用した製品は、その商品機能を高める効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図１から図３を用いて、本発明を詳細に説明する。
【００２０】
図１は本発明を使った音響信号発生装置を部品に展開した分解斜視図で、図２は本発明を使った音響信号発生装置をその中央部で切った断面図を示す。また、図３はパッドの他の実施の形態の側面図である。
【００２１】
図１、図２に示すように、本発明の音響信号発生装置は、拡大レバー１０、積層型圧電素子２、錘３０、固定ネジ４０、パッド６０、予圧ネジ５０から構成される。      
【００２２】
積層型圧電素子２は、シート状圧電材料と電極材料を交互に積層して形成され、積層方向に長さが変化する。本発明は該積層型圧電素子２の応用に関するものなので、積層型圧電素子２についてその詳細は省略する。
【００２３】
積層型圧電素子２は錘３０の支持部３１に沿うように配置され、支持部３１および積層型圧電素子２を覆うように、拡大レバー１０が装着される。このとき積層型圧電素子２の入力線は、支持部３１の基部にある２個の穴３５を通り、外部の駆動回路（図示せず）に結線される。
【００２４】
錘３０と拡大レバー１０は、拡大レバー基底部１１の穴１６を介して、支持部３１のネジ穴３２に挿入された固定ネジ４０を締めることで所定位置に固定される。この固定作業により、拡大レバー１０と錘３０は積層型圧電素子２を取囲む略コの字を形成する。
【００２５】
その後、錘３０のネジ穴３４から積層型圧電素子２の所要部に接着剤（図示せず）を注入し、予圧ネジ５０を締めこむことで所定の予圧を付与した後、加熱処理等を行って注入された接着剤（図示なし）を硬化させ、積層型圧電素子２を固定する。
【００２６】
すなわち、本発明による音響信号発生装置は、拡大レバー基底部１１と支持部３１により構成される略コの字の対抗する２面、つまり、拡大レバー駆動部１２と錘３０の受け面３３の間に、長手軸方向に変位特性を持つ積層型圧電素子２が配置され、その１端は拡大レバー駆動部１２に当接し、他の１端は錘３０の受け面３３と同面に設けられたネジ穴３４に保持された予圧ネジ５０の端面と当接している。
【００２７】
拡大レバー１０は、拡大レバー基底部１１と、拡大レバー駆動部１２と拡大レバー出力部１３からなり、金属の板材をプレス加工することで形成される。拡大レバー駆動部１２は、拡大レバー基底部１１に支持され、拡大レバー駆動部１２と拡大レバー基底部１１との間には、プレス加工により９０度に折り曲げられた拡大レバー折り曲げ部１５が設けられている。この拡大レバー折り曲げ部１５は、積層型圧電素子２に定常的に予圧を掛ける弾性部材として機能し、また、積層型圧電素子２の動作時、拡大レバー駆動部１２の回動中心となる重要な部分である。
【００２８】
拡大レバー駆動部１２の両側端には、リブ１４が設けられている。このリブ１４は、拡大レバー駆動部１２の剛性を向上させるだけでなく、積層型圧電素子２の周囲を覆い、機械的な衝撃から保護する。リブ１４の各々の上端には拡大レバー出力部１３が２箇所ずつ形成され、このようにして形成された４個の拡大レバー出力部１３の上にパッド６０が固定される。拡大レバー出力部１３は、リブ１４の各々の上面に形成した２箇所ずつ形成しているが、1箇所ずつとしても性能に大きな差は生じない。
【００２９】
パッド６０は、突起部６１と、その開放端面から半径方向外側に延びるフランジ部６２から構成される。突起部６１は、利用者の顔面皮膚に直接触れ、振動を伝えるため、低い熱伝導率、小さい比重、比較的高い剛性、および、肌触りの良いことが求められ、本セットでは、例えばＡＢＳ樹脂などを使い形成している。また、突起部６１の先端は、利用者の頭部に接触するため、フランジ部６２の端面より突出していることが好ましい。
【００３０】
フランジ部６２は気導音を発生する機能を有する。すなわち、積層型圧電素子２の変位に同期してフランジ部６２の表面も変位して、空気を変位させる。この変位は接続する携帯電話等からの情報に基づき積層型圧電素子２が継続的に発生する変位であり、その空気伝搬は気導音（一般の音または音声等）となる。従って、パッド６０のフランジ部６２は、空気に変位を与えるに耐えうる剛性を持ち、可能な限り小さい質量であることが好ましい。本構成のフランジ部６２は、図１，図２に示すよう先端が開口した皿状形態をなした構成としたが、先端上方に開口部を持った皿形状を必ずしも必要とせず、図３に示すように下方に開口部を持った皿形状でも構わない（フランジ部６３）。
【００３１】
一般に、携帯電話等の通信機器は、音量、音質、エコー性能などの基本特性のなかでも、特にエコー性能を通信品質の観点から重視している。例えば、気導スピーカや骨伝導スピーカから外部に余分な振動が出ると、その振動はマイクロホンを介して相手にエコーとして送信され、通信品質が低下する。余分な振動を出さないためには、音響信号発生装置の固定部と可動部の質量比率、すなわち、拡大レバー基底部１１と支持部３１などを持つ錘３０と固定ネジ４０と予圧ネジ５０から構成する固定部と、拡大レバー駆動部１２と拡大レバー出力部１３およびパッド６０から構成する可動部の質量比率の設計が、通話品質を維持する重要なポイントとなる。この固定部と可動部の質量比率は、固定部の質量が可動部の質量よりも高いことが望ましいが、実装空間が限られていることを考慮すると、５：１以上７：１以下程度が実用的である。
【００３２】
次に、本発明の音響信号発生装置の動作を説明する。該積層型圧電素子２は、外部の信号源から入力線を介して音響信号に対応した交流電圧を印加することで、その長手軸方向に印加信号に対応した伸縮変位をする。
【００３３】
この積層型圧電素子２の変位に従って、拡大レバー駆動部１２と錘３０の受け面３３が押される。このとき、拡大レバー折り曲げ部１５の曲げ剛性に対し、受け面３３と支持部３１が構成するフレーム構造部の剛性がはるかに高いため、積層型圧電素子２の変位は拡大レバー折り曲げ部１５を曲げて拡大レバー駆動部１２を変位させ、さらに、その変位は、拡大レバー出力部１３およびその上に形成されたパッド６０を変位させる。この変位は積層型圧電素子２の伸張・圧縮に対応した変位である。
【００３４】
上記した拡大レバー折り曲げ部１５を回動中心とするテコ構造を利用した本構造によれば、積層型圧電素子２の伸縮の量に対し、パッド６０の中央部から先端の変位量は３から５倍程度に拡大される。そのため、利用者はパッド６０の突起部６１を利用者頭部の所定位置に接触させることで骨伝導音として十分な音量の音情報が得られる。
【００３５】
また、同時に上記パッド６０に達した変位は、パッド６０のフランジ部６２を変位させ、周辺の空気に対して変位を与える。この変位は積層型圧電素子２の入力信号に対応しており、空気中を伝搬し、やがて、利用者には音声として接続する機器からの信号が伝わる。すなわち、フランジ部６２は、その駆動時、入力信号に対応した空気変位を繰り返し、伝搬することにより気導スピーカとして機能し、利用者はパッド６０の突起部６１部を頭部に当てなくとも、十分、外部機器からの信号を聴くことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明による音響信号発生装置の分解斜視図。
【図２】本発明による音響信号発生装置の断面図。
【図３】本発明による音響信号発生装置におけるパッドの他の実施の形態の側面図。
【図４】従来技術による音響信号発生装置の断面図。
【符号の説明】
【００３７】
１    拡大レバー
１ａ    拡大レバーベース部
１ｂ    拡大レバー出力部 
１ｃ    拡大レバー弾性部
２    積層型圧電素子
２ａ    入力線
３    錘
４    固定ネジ
５    予圧ネジ
６    パッド
１０    拡大レバー
１１    拡大レバー基底部
１２    拡大レバー駆動部
１３    拡大レバー出力部
１４    リブ
１５    拡大レバー折り曲げ部
１６    穴
３０    錘
３１    支持部
３２    ネジ穴
３３    受け面
３４    ネジ穴
３５    穴 
４０    固定ネジ
５０    予圧ネジ
６０    パッド
６１    突起部
６２    フランジ部
６３    フランジ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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