(57)【要約】【課題】従来のものよりも発電する機会を増やしてバッテリに十分な蓄電を行うと共に、携帯端末の設計上の制約を増やさずに小型軽量化を実現できる、発電機能付きの携帯端末を提供する。【解決手段】発電機能付きの携帯電話１は、電気信号を供給する電源部１４、電源部１４から供給された電気信号に従って振動する振動用圧電素子１１、振動用圧電素子１１と電気的に絶縁されて一体に設けられ、振動用圧電素子１１の振動に伴って振動して発電する発電用圧電素子１２、発電用圧電素子１２で発電した電力をバッテリ１７に蓄電する蓄電部１６を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気信号を供給する電源部と、
前記電源部から供給された前記電気信号に従って振動する振動用圧電素子と、
前記振動用圧電素子と電気的に絶縁されて一体に設けられ、前記振動用圧電素子の振動に伴って振動して発電する発電用圧電素子と、
前記発電用圧電素子で発電した電力をバッテリに蓄電する蓄電部と、を備えた、
ことを特徴とする発電機能付きの携帯端末。
【請求項２】
前記振動用圧電素子は、供給される電気信号の種類に従って振動機能または発音機能として振動する、
ことを特徴とする請求項１に記載の携帯端末。
【請求項３】
使用者の操作を受け付ける操作部を備え、
前記発電用圧電素子は、前記使用者による前記操作部の押圧操作によって前記操作部に加えられる押圧力が伝達される位置に設けられ、前記伝達される押圧力に従って発電する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の携帯端末。
【請求項４】
前記振動用圧電素子は、前記使用者によって前記操作部の押圧操作がされたときに、前記電源部から供給される前記電気信号に従って前記振動機能として振動し、
前記操作部は、前記振動用圧電素子の振動に伴って振動する、
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の携帯端末。
【請求項５】
前記発電用圧電素子は、外部から加えられる振動によって発電する、
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の携帯端末。
【請求項６】
前記振動用圧電素子を振動・発電兼用の圧電素子とし、
前記電源部又は前記蓄電部と前記振動用圧電素子との接続を切り替えるスイッチを備え、
前記スイッチは、前記電源部が前記電気信号を供給するか否かに従って、前記電源部又は前記蓄電部と前記振動用圧電素子との接続を切り替える、
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の携帯端末。
【請求項７】
前記発電用圧電素子を複数備え、前記振動用圧電素子及び前記複数の発電用圧電素子が、それぞれ互いに電気的に絶縁されて一体に設けられる、
ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の携帯端末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話、ＰＨＳ（Personal Handy-phone System）、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等の携帯端末に関し、特に、発電機能付きの携帯端末に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯端末に発電機能を備えることによって、携帯端末に搭載されているバッテリの持続時間を伸ばす技術が開発されている。下記の特許文献１には、発電機能の構成として圧電素子を備えた携帯端末が開示されている。この携帯端末は、使用者の操作を受け付ける操作キーの押圧方向に圧電素子が設けられ、圧電素子は、操作キーが押圧されたときに操作キーに加えられる押圧力が伝達されることにより発電し、発電した電力をバッテリに蓄電している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１７１５５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記携帯端末に設けられた圧電素子は、使用者による操作キーの押圧操作があったときにだけ発電するので、発電の機会が少なく、バッテリに十分な蓄電を行うことができない、という問題があった。また、上記携帯端末は、発電機能が追加されることによって、小型軽量化を実現するためには、携帯端末の設計上の制約が増える、という問題があった。
【０００５】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、従来のものよりも発電する機会を増やしてバッテリに十分な蓄電を行うと共に、携帯端末の設計上の制約を増やさずに小型軽量化を実現できる、発電機能付きの携帯端末を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る発電機能付きの携帯端末は、
電気信号を供給する電源部と、
前記電源部から供給された前記電気信号に従って振動する振動用圧電素子と、
前記振動用圧電素子と電気的に絶縁されて一体に設けられ、前記振動用圧電素子の振動に伴って振動して発電する発電用圧電素子と、
前記発電用圧電素子で発電した電力をバッテリに蓄電する蓄電部と、を備えた、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、従来のものよりも発電の機会が増えるのでバッテリに十分な蓄電を行うことができ、携帯端末の設計上の制約を増やさずに小型軽量化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】（ａ）本発明の一実施形態に係る携帯端末の平面図である。（ｂ）図１（ａ）のＡ−Ａ’線で切断した携帯端末の断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る携帯端末において一体に設けられた振動用圧電素子及び発電用圧電素子を示した図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る携帯端末の機能構成を示したブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る携帯端末が備えた振動用圧電素子が振動機能として使用されるときの様子を示した図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る携帯端末が備えた振動用圧電素子が発音機能として使用されるときの様子を示した図である。
【図６】（ａ）本発明の変形例に係る携帯端末が備えた振動・発電兼用圧電素子が発電用圧電素子として使用されるときの様子を示した図である。（ｂ）振動・発電兼用圧電素子が振動用圧電素子として使用されるときの様子を示した図である。
【図７】本発明の変形例に係る携帯端末において一体に設けられた振動用圧電素子及び発電用圧電素子を示した図である。
【図８】本発明の他の変形例に係る携帯端末において一体に設けられた振動用圧電素子及び複数の発電用圧電素子を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態に係る携帯端末を説明する。本実施形態では携帯電話（スマートフォンを含む）を例に挙げて説明する。
【００１０】
はじめに、図１及び図２を参照して携帯電話を説明する。本実施形態に係る携帯電話１は、操作部１３（タッチパネル）と、圧電素子１１，１２とを筐体２２に内蔵する構成を有する。操作部１３は、使用者に各種画面を表示すると共に使用者の操作を受け付ける。圧電素子１１，１２は、操作部１３の裏面に配置される。例えば図１（ａ）に示すように、操作部１３の画面を１２分割（縦方向に４分割、横方向に３分割）した領域毎に、操作部１３の裏面に圧電素子１１，１２が設けられている。また、図１（ｂ）に示すように、圧電素子１１，１２は、何れも平板状に形成されており、それぞれ互いに操作部１３の押圧方向に重畳して設けられている。ここでは圧電素子１１の一面が操作部１３の裏面と接着剤によって接着されている。なお、接着は、熱的、化学的な方法等により行われる。
【００１１】
圧電素子１１，１２は、図２に示すように、合成樹脂等の絶縁材（図示する太線部分に相当する）を介して電気的に絶縁されて一体に設けられる。圧電素子１１，１２は、一方が振動用、他方が発電用として用いられる。
【００１２】
振動用の圧電素子１１（以下、振動用圧電素子という）は、電源部（図３の電源部１４）から供給される電気信号に従って振動する。具体的には、振動用圧電素子１１は、供給される電気信号が振動信号の場合に振動機能（バイブレータ）として振動し、供給される電気信号が発音信号の場合に発音機能（レシーバやスピーカ）として振動する。
【００１３】
一方、発電用の圧電素子１２（以下、発電用圧電素子という）は、振動や圧力が加えられることによって発電する。発電用圧電素子１２は、一体に構成された振動用圧電素子１１の振動に伴って振動して発電する。また、発電用圧電素子１２は、使用者の携帯電話１の携行時等の外部から加えられる振動等によって発電する。さらに、発電用圧電素子１２は、使用者により操作部１３が押圧操作されたときに伝達される押圧力によっても発電する。
【００１４】
このように、携帯電話１は、振動機能（バイブレータ）、発音機能（レシーバやスピーカ）及び発電機能の３つの機能が一体化されており、携帯電話１の設計上の制約を増やさずに小型軽量化を実現できる。また、従来のものよりも、発電機能が使用される機会が増えるので、バッテリ１７に十分な蓄電を行うことができる。
【００１５】
次に、図３を参照して携帯電話１の各機能を説明する。携帯電話１は、振動用圧電素子１１と、発電用圧電素子１２と、操作部１３と、電源部１４と、信号増幅部１５と、蓄電部１６と、バッテリ１７と、振動板１８と、制御部１９と、着信部２０とを備える。
【００１６】
振動用圧電素子１１及び発電用圧電素子１２は、例えば、水晶、酸化亜鉛、チタン酸ジルコン酸鉛等によって構成され、平板状に形成された圧電体と、圧電体の両面にそれぞれ貼り合わされた２つの電極とを備えた、いわゆるモノモルフ構造によって構成される。
【００１７】
振動用圧電素子１１は、電源部１４から供給され、信号増幅部１５によって増幅された電気信号に従って振動する。
【００１８】
発電用圧電素子１２は、加えられる振動または圧力の大きさに比例して発電し、発電した電力を蓄電部１６に供給する。
【００１９】
操作部１３は、タッチパネル、通話キーやテンキー等の操作キー、等から構成される。操作部１３は、使用者による押圧操作があったときに、操作部１３に加えられた押圧力が発電用圧電素子１２に伝達されるよう可撓性を備えて構成される。また、操作部１３は、使用者の操作を受け付け、使用者の操作に対応する操作信号を制御部１９に供給する。制御部１９は、操作部１３からの操作信号に従って各種処理を行う。
【００２０】
電源部１４は、制御部１９の制御のもと、振動用圧電素子１１を振動させる電気信号を信号増幅部１５に供給する。具体的には、電源部１４は、制御部１９の制御のもと、振動用圧電素子１１を振動機能（バイブレータ）として用いるか発音機能（レシーバやスピーカ）として用いるかに従って、２種類の電気信号（振動信号、発音信号）のうち一方を信号増幅部１５に供給する。
【００２１】
信号増幅部１５は、増幅回路から構成される。信号増幅部１５は、制御部１９の制御のもと、電源部１４によって供給された電気信号を所定の増幅度で増幅し、増幅した電気信号を振動用圧電素子１１に供給する。
【００２２】
蓄電部１６は、整流回路と充電回路とを備える。発電用圧電素子１２で発電した電力は、整流回路によって整流され、充電回路によってバッテリ１７に蓄電される。
【００２３】
バッテリ１７は、リチウムイオン、リチウムイオンポリマー、ニッケル・水素、ニッケル・カドミウム等の携帯電話１に一般的に搭載される蓄電池から構成される。
【００２４】
振動板１８は、振動用圧電素子１１及び発電用圧電素子１２の少なくとも何れか一方（ここでは発電用圧電素子１２）に接着または支持等され、振動用圧電素子１１の振動に伴って振動する。振動用圧電素子１１に振動信号が供給されたとき、振動板１８は振動用圧電素子１１の振動により操作部１３および携帯電話１（筐体２２全体）を物理的に振動させる。一方、振動用圧電素子１１に発音信号が供給されたとき、振動板１８は振動用圧電素子１１の振動に伴って振動して発音する。振動部１８で発音した音声は発音孔２３（図１参照）から出力される。
【００２５】
制御部１９は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等で構成される。制御部１９は、携帯電話１の各部（特に、操作部１３、電源部１４、信号増幅部１５、蓄電部１６）および携帯電話１全体を制御する。
【００２６】
着信部２０は、通話着信やメール着信等、外部（移動体通信網）からの着信を検出する。着信部２０は、着信があったときに、着信信号を制御部１９に供給する。
【００２７】
以上のように構成された携帯電話１を用いて、使用者によって操作部１３が押圧操作された時の携帯電話１の動作を説明する。携帯電話１の使用者は、タッチパネルを構成する操作部１３の表示画面に表示された、各種アプリケーションやファイル等を示すアイコンを選択決定する際に、図４に示すように、アイコンの表示位置を押圧する操作を行う。操作部１３の押圧操作によって、その押圧方向に配置された発電用圧電素子１２には押圧力が伝達され、これにより発電用圧電素子１２は発電する。発電用圧電素子１２は、加えられた押圧力の大きさに比例して発電する。発電用圧電素子１２で発電した電力は、蓄電部１６に供給される。蓄電部１６は、発電用圧電素子１２から供給された電力を整流してバッテリ１７に蓄電する。
【００２８】
また、操作部１３は、使用者の押圧操作に対応する操作信号を制御部１９に供給する。制御部１９は、操作部１３からの操作信号に従って、使用者が選択したアイコンに対応するアプリケーションの実行やファイルを開く処理を行う。また、制御部１９は、操作部１３の押圧操作位置（選択決定したアイコンの表示位置）に対応する領域の操作部１３裏面に設けられた振動用圧電素子１１を振動機能（バイブレータ）として振動させる制御を行う。具体的には、制御部１９は、電源部１４から信号増幅部１５を介して振動用圧電素子１１に振動信号を供給させる。
【００２９】
これに従って振動用圧電素子１１は振動する。また、この時、振動用圧電素子１１の振動によって、操作部１３および携帯電話１（筐体２２全体）も物理的に振動する。これにより、押圧操作を行っている使用者の指にも振動が伝達され、使用者に操作感を与えて押圧操作が行われたことを認識させることができる。
【００３０】
また、このとき、発電用圧電素子１２は、振動用圧電素子１１の振動によって振動して発電する。発電用圧電素子１２で発電した電力は、上記と同様にしてバッテリ１７に蓄電される。
【００３１】
さらに、操作部１３の押圧操作によって選択されたアイコンが、発音を行うアプリケーションやファイルの場合、制御部１９は、操作部１３裏面に設けられた各振動用圧電素子１１を発音機能（レシーバやスピーカ）として振動させる制御を行う。具体的には、制御部１９は、電源部１４から信号増幅部１５を介して振動用圧電素子１１に発音信号を供給させる。
【００３２】
これに従って振動用圧電素子１１は振動する。このとき振動板１８は、振動用圧電素子１１の振動に伴って発音する。図５に示すように、振動板１８によって発音された音声は、発音孔２３から出力される。
【００３３】
また、このとき、発電用圧電素子１２は、振動用圧電素子１１の振動によって振動して発電し、発電した電力は、バッテリ１７に蓄電される。
【００３４】
なお、発電用圧電素子１２は、操作部１３の押圧操作時や、振動用圧電素子１１に各種電気信号が供給される時（振動時、発音時）の他、例えば、使用者の携帯電話１の携行時等の外部から加えられる振動によっても発電する。
【００３５】
一方、携帯電話１に通話着信やメール着信等の着信があった場合、着信部２０は、制御部１９に着信信号を供給する。制御部１９は、着信部２０から着信信号を受け取ると、携帯電話１がマナーモードに設定されているか否かに従って、各種電気信号（振動信号、発音信号）を振動用圧電素子１１に供給する。この場合においても、発電用圧電素子１２は、振動用圧電素子１１の振動に伴って発電し、発電用圧電素子１２で発電した電力は、上記実施形態と同様にしてバッテリ１７に蓄電される。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態の携帯電話１によれば、絶縁材を介して振動用圧電素子１１と発電用圧電素子１２とを一体に構成したことにより、振動機能（バイブレータ）、発音機能（レシーバやスピーカ）及び発電機能の３つの機能を一体化でき、携帯電話１の設計上の制約を増やさずに小型軽量化を実現できる。また、従来のものよりも、発電機能が使用される機会が増えるので、バッテリ１７に十分な蓄電を行うことができる。
【００３７】
なお、操作部１３は、タッチパネル以外に、通話キーやテンキー等の操作キーであっても良い。この場合も、圧電素子１１，１２は、操作キーの裏側に操作キーの押圧方向に重畳して設けられる。
【００３８】
また、振動用圧電素子１１の代わりに発電用圧電素子１２を操作部１３に接着した場合でも上記実施形態と同様の効果が得られる。
【００３９】
さらに、振動用圧電素子１１は、振動・発電兼用（以下、振動・発電兼用圧電素子１１’という）としても良い。具体的には、図６に示すように、信号増幅部１５を介した電源部１４と振動・発電兼用圧電素子１１’との接続、及び蓄電部１６と振動・発電兼用圧電素子１１’との接続を切り替えるスイッチ２１を備える。制御部１９は、振動・発電兼用圧電素子１１’に電気信号（振動信号、発音信号）を供給する時としない時とで、スイッチ２１を切り替える制御を行う。これにより、振動・発電兼用圧電素子１１’に電気信号が供給されない時には、図６（ａ）に示すように、スイッチ２１によって蓄電部１６と振動・発電兼用圧電素子１１’とが接続された状態で、振動・発電兼用圧電素子１１’は、外部から加えられる振動（操作部１３から伝達される押圧力を含む）によって発電した電力を蓄電部１６に供給できる。つまり、振動・発電兼用圧電素子１１’に電気信号が供給されない時には、振動・発電兼用圧電素子１１’と発電用圧電素子１２との２つの圧電素子を用いて発電できるので、より効率的にバッテリ１７に蓄電できる。一方、振動・発電兼用圧電素子１１’に電気信号が供給される時には、図６（ｂ）に示すように、スイッチ２１によって信号増幅部１５を介して電源部１４と振動・発電兼用圧電素子１１’とが接続された状態で、発電用圧電素子１２は、振動・発電兼用圧電素子１１’の振動に伴って振動して発電し、発電用圧電素子１２で発電した電力は、バッテリ１７に蓄電される。
【００４０】
また、振動用圧電素子１１及び発電用圧電素子１２は、各形状及び組み合わせ方を適宜に変更できる。例えば、図７に示すように、ドーナツ状に形成された振動用圧電素子１１の空洞部分に円板状の発電用圧電素子１２を嵌め込んで一体に設けても良い。これにより、振動用圧電素子１１及び発電用圧電素子１２を一層構造で一体に構成でき、薄型化を図ることもできる。
【００４１】
さらに、例えば、図８に示すように、複数（ここでは２つ）の発電用圧電素子１２を備えても良く、振動用圧電素子１１及び複数の発電用圧電素子１２を、互いに電気的に絶縁して一体に設けても良い。これにより、発電用圧電素子１２の数に応じて、バッテリ１７に蓄電される電力量を増やすこともできる。
【００４２】
また、上記実施形態では、携帯端末の一例として携帯電話を挙げたが、これに限定されない。本発明は、例えば、ノート型やタブレット型のパソコン、ＰＨＳ、ＰＤＡ等、バッテリを搭載する携帯端末に適用できるものである。
【００４３】
その他、本発明は、上記実施形態の説明及び図面によって限定されるものではなく、上記実施形態及び図面に適宜変更等を加えることは可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１  携帯電話（携帯端末）
１１  振動用圧電素子
１１’  振動・発電兼用圧電素子
１２  発電用圧電素子
１３  操作部
１４  電源部
１５  信号増幅部
１６  蓄電部
１７  バッテリ
１８  振動板
１９  制御部
２０  着信部
２１  スイッチ
２２  筐体
２３  発音孔
【図１】
2012175250.tif 000003
【図２】
2012175250.tif 000004
【図３】
2012175250.tif 000005
【図４】
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【図５】
2012175250.tif 000007
【図６】
2012175250.tif 000008
【図７】
2012175250.tif 000009
【図８】
2012175250.tif 000010