(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端に開口を有するハウジングと、このハウジングの一方の開口にサスペンションを介して装着された磁気回路を形成する可動部と、この可動部と離間して上記ハウジングの他方の開口に装着された振動板と、上端がこの振動板に結合されるとともに下部が上記可動部の磁気ギャップにはめ込まれるボイスコイルと、上記可動部の近傍に設けられた上記可動部の振動による励起電圧を発生する検出コイルとで構成された電気−機械−音響変換器であって、前記電気−機械−音響変換器は、前記検出コイルで前記可動部の振動により発生した前記可動部の共振周波数による励起電圧を検出して自励発振させた電気−機械−音響変換器。
【請求項２】
請求項１において、検出コイルがハウジングの周囲に巻回されている電気−機械−音響変換器。
【請求項３】
請求項１において、検出コイルがハウジングに巻回された状態で一体成形されている電気−機械−音響変換器。
【請求項４】
請求項１に記載の電気−機械−音響変換器と、増幅手段と、この電気−機械−音響変換器の可動部の共振周波数を検出し上記増幅手段に出力する上記電気−機械−音響変換器の検出コイルを含む検出手段とで形成すると共に、少なくとも上記増幅手段や上記検出手段を含む電気回路が発生するノイズを上記増幅手段の入力とする電気−機械−音響変換装置。
【請求項５】
請求項４において、可動部の共振周波数近傍の帯域において周波数検出手段および増幅手段それぞれがそれぞれの入力信号に対して同位相の出力信号を出力する電気−機械−音響変換装置。
【請求項６】
請求項１において、検出コイルは電気−機械−音響変換器が実装されるプリント回路板の直下近傍のプリント回路板に形成された電気−機械−音響変換装置。
【請求項７】
請求項１に記載の電気−機械−音響変換器と、この電気−機械−音響変換器の可動部の共振周波数を含む周波数帯域の周波数信号を発振し上記電気−機械−音響変換器に出力する発振手段と、上記電気−機械−音響変換器の予め設定された出力レベルの周波数を共振周波数として検出する上記電気−機械−音響変換器の検出コイルを含む検出手段と、この検出手段で共振周波数として検出された周波数で上記発振手段を発振させるように時分割によって上記電気−機械−音響変換器の共振周波数を含む周波数帯域の周波数信号の発振と上記検出手段で共振周波数として検出された周波数を発振させるように上記発振手段を制御する制御手段とで構成される電気−機械−音響変換装置。
【請求項８】
請求項１に記載の電気−機械−音響変換器と、上記電気−機械−音響変換器の共振周波数を含む周波数帯域の周波数信号をスイープして発振し上記電気−機械−音響変換器に上記電気信号を出力する発振手段と、上記電気−機械−音響変換器の出力を検出し出力電圧として出力する電気−機械−音響変換器の検出コイルを含む検出手段と、この検出手段で出力された出力電圧が基準電位を超えた時これを上記電気−機械−音響変換器の共振点として制御手段に指示する電圧比較手段と、この指示を受けた時の上記周波数を上記発振手段に送る制御手段とで構成される電気−機械−音響変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は携帯電話機、ポケットベル、ＰＨＳ（Ｐersonal Ｈandy Ｐhone Ｓet）などの携帯端末の呼び出し音又は呼び出し用振動の発生に使用される電気−機械−音響変換器及びこれを用いた電気−機械−音響変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、携帯電話機、ポケットベル、ＰＨＳ（Ｐersonal Ｈandy Ｐhone Ｓet）等の携帯端末装置では、ベル音を発生する電気−機械−音響変換器を核とする電気−機械−音響変換装置と、振動を発生するモータの回転を利用したものとを併用してベル音や振動を選択的に発生させ着信を知らせる手段として用いてきた。近年ベル音と振動を電気−機械−音響変換装置のみで行うことが提案されてきている。
【０００３】
このような従来の電気−機械−音響変換装置を図７〜図１１により説明する。
【０００４】
まず、要部である電気−機械−音響変換器について説明すると、１は両端に開口部を有するハウジングであり、２はサスペンション３を介してこのハウジング１に装着されたヨーク２ａとマグネット２ｂとプレート２ｃからなる可動部であり、４は上記可動部２の磁気ギャップ２ｄに挿入されるコイルボビンとこれに巻回されたコイルからなるボイスコイル５の上端と結合するとともにハウジング１の他方の開口部に装着されてなる振動板である。
【０００５】
この電気−機械−音響変換器の動作について説明すると、上記サスペンション３を含む可動部２は、その質量とサスペンション３のスティフネスによって機械共振系を構成し、固有の共振周波数を有する。また、ボイスコイル５を結合した振動板４も自身のスティフネスと質量によって生じる固有の共振周波数を有している。
【０００６】
ボイスコイル５に電気信号を加えるとボイスコイル５と可動部２の間に作用・反作用の力が発生する。上記電気信号が可動部２の固有の共振周波数に合致すると、可動部２は大きく振動してその振動力をサスペンション３を介してハウジング１に伝達し、振動として触知させるものであり、また、上記電気信号がボイスコイル５を結合した振動板４の固有の共振周波数に合致すると振動板４を大きく振動させ、ブザー音となるものである。
【０００７】
なお、図９の電気インピーダンス周波数特性図で示すように、可動部２の固有共振周波数ｆ０１は１００Ｈｚ前後であり、振動板４の固有共振周波数ｆ０２は２ｋＨｚ前後と異なっているので、両者それぞれの共振する周波数を発生することによって以下のような利便性を得られるものである。
【０００８】
即ち、携帯電話機６に組み込まれた電気−機械−音響装置Ａは携帯電話機６本体からの指示により電気信号発生装置７に所定の周波数の信号を発生させ、この電気信号を電気−機械−音響変換器Ａに入力して、振動板４を振動させて発音し、可動部２を振動させて携帯電話機６本体を振動させてこの振動で使用者に電話の着信を伝達するものである。
【０００９】
なお、上記所定の周波数の信号として可動部２または振動板４の固有共振周波数のいずれかを選択すればそのいずれかで共振して振動または発音として大きなものが得られ、両者を選択すれば振動と発音の大きなものが得られる。
【００１０】
なお、上記従来の電気−機械−音響変換器Ａを振動および発音するものとして説明したが、振動あるいは発音するだけのものもある。
【００１１】
また、図１０で示すように振動力としては質量が大きい可動部２の共振周波数ｆ０１で最も大きくなり、振動板４の共振周波数ｆ０２では発音としては大きなものが得られるが、振動力としては極めて小さいものである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
以上の説明で明らかなように、電気−機械−音響変換器Ａに大きな発音または振動を発生させるために固有の振動数に合う共振周波数を電気信号発生装置７で発生させているが、電気−機械−音響変換器Ａの周囲温度等の環境条件の変化によって固有の振動数が変化したり、電気信号発生装置７側の発振周波数が微妙に変化し、特に振動を得ようとする場合は図９に明らかなごとく微少な周波数変動でも振動の出力変動が大きく、不安定になり振動を使用者が触知困難となる課題を有していた。
【００１３】
本発明は上記課題を解決して、安定的な発振出力が得られる電気−機械−音響変換器及びこれを用いた電気−機械−音響変換装置を提供することを目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の電気−機械−音響変換器は、両端に開口を有するハウジングと、このハウジングの一方の開口にサスペンションを介して装着された磁気回路を形成する可動部と、この可動部と離間して上記ハウジングの他方の開口に装着された振動板と、上端がこの振動板に結合されるとともに下部が上記可動部の磁気ギャップにはめ込まれるボイスコイルと、上記可動部の近傍に設けられた上記可動部の振動による励起電圧を発生する検出コイルとで構成し、共振時の可動部の激しい振動を上記検出コイルによって励起電圧として検出してフィードバックすることを可能とし、周囲温度などの変動等によって共振周波数が変化しても極めて安定した振動機能が得られる電気−機械−音響変換器の提供を可能とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の一実施の形態について図１（ａ）〜図６により説明する。
【００１６】
（実施の形態１）
本発明の一実施の形態を図１（ａ）〜図３により説明する。なお、以下説明にあたっては従来技術と同一部分は同一番号を付与し、説明を省略して説明する。
【００１７】
同図によると、１ａは両端に開口部を有し、外側面に切り欠き状の凹部１ａ１を有するハウジングであり、１１はこのハウジング１ａの凹部１ａ１に導線を数回巻回して構成した検出コイルであり、この検出コイル１１には上記構成から可動部２の漏れ磁束が鎖交している。
【００１８】
従って、この可動部２がボイスコイル５への入力信号によって共振したときは、可動部２の振動が最も激しくなり、上記鎖交している漏れ磁束の状態も大きく変動し、図２にｆ０１として示すように検出コイル１１に大きな励起電圧が発生する。即ち、可動部２の共振周波数を検出コイル１１が励起電圧として検出できることになる。
【００１９】
なお、図３から明らかなごとくこの図２の共振周波数における検出コイル１１の出力電圧の位相は上記入力信号と同位相であるので、この検出コイル１１の出力を後述する実施の形態２の電気−機械−音響変換装置の増幅器２１に入力することで自励発振することになる。
【００２０】
なお、上記実施の形態１では電気−機械−音響変換器の組立完成後、所望の特性にあわせて検出コイル１１の巻数、線種を適宜設定できるという利点も有するものである。
【００２１】
なお、図１（ｂ）は展開例であり、検出コイル１１はハウジング１ｂにインサート成形により一体化されたものであり、検出コイル１１をインサート成形によってハウジング１ｂに埋め込んだので組立途中におけるゆるみ等による脱落もなく、また、検出コイル１１と可動部２との位置関係をインサート成形によって維持でき、品質の安定化が図れるものである。
【００２２】
（実施の形態２）
図４は本発明の電気−機械−音響変換装置の一実施の形態のブロック回路図であり、同図によるとＳＷ１は受信信号Ｃにより呼び出し振動発生回路Ｂと音声信号（呼び出し音も含む）を切り換える切換装置であり、２１は切換装置ＳＷ１からの出力信号を増幅する可動部２が共振する低周波（１００Ｈｚ）より充分に低い周波数から可聴域の周波数帯域までカバーできると共に、少なくとも上記低周波の共振点近傍において出力が入力に対して位相がずれて自励発振が停止することのないよう同位相となるように設定された増幅器であり、２２は増幅器２１からの出力がボイスコイル５に入力される実施の形態１で説明した電気−機械−音響変換器であり、２３はこの電気−機械−音響変換器２２の検出コイル１１とで検出手段を形成するこの検出コイル１１の出力を増幅する上記増幅器２１と同様可動部２の共振周波数近傍において入力信号と出力信号が同位相となる（但し、可聴域の帯域までは要求されない）増幅部を有する検出器であり、その出力は切換装置ＳＷ１を介して増幅器２１にフィードバックされている。
【００２３】
次に、上記電気−機械−音響変換装置の動作について説明すると、受信信号Ｃにより呼び出し振動が必要とされると、切換装置ＳＷ１が駆動して検出器２３を含むフィードバック回路である呼び出し振動発生回路Ｂが駆動される。まず、この呼び出し振動発生回路Ｂが有するノイズ（ホワイトノイズ）が電気−機械−音響変換器２２に入力される。このノイズは広範囲の周波数成分を含むものであり、電気−機械−音響変換器２２は自己の可動部２の共振周波数で大きく振動する。この振動は検出コイル１１の励起電圧として検出器２３で検出・増幅され、増幅器２１にフィードバックされ、更に増幅されて電気−機械−音響変換器２２に入力され、更に検出器２３で検出・増幅され、いわゆる自励発振してついには振動として触知できるほどの振動が電気−機械−音響変換器２２によって発生することになる。
【００２４】
即ち、ノイズという極めて低レベルの信号であっても上記振動発生回路Ｂによって振動として触知できるほどの振動が得られるものである。
【００２５】
なお、電気−機械−音響変換器２２は従来技術でも説明したように振動板４の固有振動数（２ｋＨｚ程度）でも共振（図２、図３のｆ０２の電圧）するが、図３に示すごとく入力信号に対して検出コイル１１の出力電位の位相が９０°進むので自励発振することはない。
【００２６】
なお、検出器２３の増幅部の特性を適宜選択することや、検出器２３の出力側にローパスフィルターを挿入することで振動のみ確実に触知できるようにすることも可能である。
【００２７】
また、上記実施の形態２では電気−機械−音響変換器２２の共振点を検出コイル１１による励起電圧として取り出すことができて増幅器２１の回路構成を簡単なものにできると共に、比較的高い電圧が得られるので、必要に応じて検出器２３の増幅部を省略したり、簡略化したりすることも可能となるものである。
【００２８】
また、検出器２３の出力側にリミッターを挿入して、電気−機械−音響変換器２２の振動を安定させたり、装置自体に損傷が起こらないように振動を抑制したりすることも可能である。
【００２９】
（実施の形態３）
図５は本発明の他の実施の形態のブロック回路図である。同図によると、２２は電気−機械−音響変換器であり、２５はこの電気−機械−音響変換器２２にこの電気−機械−音響変換器２２の可動部２の共振周波数を含む周波数帯域で周波数が連続的に変化（スイープ）するスイープ信号を発振すると共に後述する制御部３２からの指示で指定された周波数を発振する発振器であり、２８は電気−機械−音響変換器２２の検出コイル１１に接続されたこの検出コイル１１とで検出手段を構成する検出器であり、２９は検出器２８の出力電圧とあらかじめ設定した基準電位との電位差を検出する電圧比較回路であり、３２は電圧比較回路２９からの出力に基づいて発振器２５にスイープ信号を発振させるか、指定された周波数を発振させるかを指示する制御部である。
【００３０】
以上のように構成された電気−機械−音響変換装置の動作について説明する。まず、制御部３２の指示により発振器２５に電気−機械−音響変換器２２の共振周波数を含む周波数帯域を比較的低レベルのスイープ信号として発振させる。このスイープ信号は検出器２８で検出コイル１１の励起電圧として検出され、電圧比較回路２９に入力される。
【００３１】
この時、実施の形態１で説明したように可動部２の共振点では可動部２は大きく振動して検出コイル１１では励起電圧が大きくなり、電圧比較回路２９は共振点における励起電圧を含む検出器２８の出力電圧と設定された基準電位との電位差を比較しているが、この電位差が基準電位以上になった時、制御部３２はこの時の周波数を共振周波数と認知し、この認知した周波数を指定の出力で発振器２５を発振させて電気−機械−音響変換器２２へ出力し、電気−機械−音響変換器２２をこの時の発振周波数で動作させ、可動部２を大きく動作させて触知可能な振動を得るものである。
【００３２】
即ち、制御部３２はスイープ信号発振時の電圧比較回路２９における電位差と共振周波数と認知したときの周波数による発振に基づく電位差を予め設定しており、共振周波数と認知したときの周波数による発振に基づく電位差が予め設定したものより低くなった時には、再度発振器２５にスイープ信号を発振させ、電気−機械−音響変換器２２の可動部２の共振点を上述のように再度検出するように動作する。
【００３３】
以上のように上記実施の形態３においては、実施の形態２と異なり、電気−機械−音響変換器２２の可動部２の共振点の検出、触知可能な振動の発生に発振器２５を用いたことにより、触知可能な振動発生までのレスポンスが極めて良好に行えるものである。
【００３４】
なお、上記実施の形態３では発振器２５はスイープ信号の発振と特定の共振点における共振周波数の発振の２機能を有するものとして説明したが、それぞれ別の発振器として制御部３２の指示により切換スイッチにより切り換えるようにしても良い。
【００３５】
また、発振器にスイープ信号の発振と少なくとも振動させるための共振周波数の信号の発振機能を設け（更に呼び出し音を発生させるための信号の発振の発振機能が付加されていても良い）、制御部３２により時分割により常に共振周波数を検出し、振動およびまたは発音を行わせることも可能（振動と発音を同時に行う場合は両者がそれぞれ交互に行われる）とすることができるものである。
【００３６】
また、上記実施の形態３では少なくとも発振器２５と制御部３２と電圧比較回路２９と検出コイル１１以降の検出器２８をマイクロコンピューターで一体化することも可能となるものである。
【００３７】
また、上記実施の形態１で説明したいずれの電気−機械−音響変換器も実施の形態２または実施の形態３の電気−機械−音響変換装置のいずれの組み合わせも可能であり、適宜選択すれば良いものである。
【００３８】
（実施の形態４）
図６は検出コイル１１ａを実施の形態１のごとく電気−機械−音響変換器２２に設けたものではなく、フレキシブルプリント回路板等のプリント回路板３０上に従来の電気−機械−音響変換器Ａが実装される位置の直下に渦巻き状の印刷コイル３１として設けたものである。
【００３９】
上記構成によれば、検出コイル１１ａは実施の形態２の図４、実施の形態３の図５で説明したブロック回路図で説明した電気−機械−音響変換器２２以外の電気回路部分と同様にプリント回路板３０上に実装され、電気−機械−音響変換器自体も構成の簡単な従来の電気−機械−音響変換器Ａの使用が可能となって安価となるとともに、その形成位置も電気−機械−音響変換器Ａの直下としてスペースを必要とせず、またプリント回路板３０への回路パターン形成時に同時に形成することで部品点数を増やすことなく形成できるものである。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように本発明の電気−機械−音響変換器は、両端に開口を有するハウジングと、このハウジングの一方の開口にサスペンションを介して装着された磁気回路を形成する可動部と、この可動部と離間して上記ハウジングの他方の開口に装着された振動板と、上端がこの振動板に結合されるとともに下部が上記可動部の磁気ギャップにはめ込まれるボイスコイルと、上記可動部の近傍に設けられた上記可動部の振動による励起電圧を発生する検出コイルとで構成されたものであり、共振時の可動部の激しい振動を上記検出コイルによって励起電圧として検出してフィードバックすることが可能となり、周囲温度などの変動等によって共振周波数が変化しても極めて安定した振動機能が得られる電気−機械−音響変換器の提供を可能とするものである。
【００４１】
更に、上記検出コイルをハウジングの周囲に巻回した電気−機械−音響変換器にあっては、検出コイルをハウジングとともに取り扱えるのでコンパクトに且つ部品組立工数の低減に寄与するとともに、検出コイルの材質・線径・巻数を使用する電気回路等の状況によって後で適宜選択して形成できるので、極めて柔軟性に富んだ電気−機械−音響変換器の提供を可能とするものである。
【００４２】
また、上記検出コイルをハウジングに巻回した状態で一体成形した電気−機械−音響変換器にあっては、検出コイルをハウジングとともに取り扱えるのでコンパクトに且つ部品組立工数の低減に寄与するとともに、検出コイルを外部損傷から保護することも可能となり、更に上記可動部との位置関係のバラツキが抑制されるので、品質の安定化にも寄与するものである。
【００４３】
また、本発明の上記電気−機械−音響変換器と、増幅手段と、上記電気−機械−音響変換器の可動部の共振周波数における周波数信号を検出し上記増幅手段に出力する上記電気−機械−音響変換器の検出コイルを含む検出手段とで形成すると共に少なくとも上記増幅手段または上記検出手段を含む電気回路が発生するノイズを上記増幅手段の入力とした電気−機械−音響変換装置にあっては、検出手段により共振周波数の情報がフィードバックされて極めて安定した共振による振動を特段の発振手段を用いることなく回路自体が発生する広範囲のノイズを用いて自励発振により得られる極めて有用なものである。
【００４４】
なお、上記可動部の共振周波数近傍の帯域において検出手段および上記増幅手段の夫々が夫々の入力信号に対して同位相の出力信号を出力するようにした電気−機械−音響変換装置にあっては、自励発振が確実に行われるものである。
【００４９】
また、検出コイルを電気−機械−音響変換器が実装されるプリント回路板の直下近傍のプリント回路板に形成したものにあっては、電気−機械−音響変換器自体も構成の簡単な従来の電気−機械−音響変換器の使用が可能となって安価となるとともに、その形成位置も電気−機械−音響変換器の直下としてスペースを必要とせず、またプリント回路板３０への回路パターン形成時に同時に形成することで部品点数を増やすことなく形成できるものである。
【００５０】
また、本発明の上記電気−機械−音響変換器と、増幅手段と、この電気−機械−音響変換器の上記可動部の共振周波数を含む周波数帯域の周波数信号を発振し上記電気−機械−音響変換器に出力する発振手段と、上記電気−機械−音響変換器の予め設定された出力レベルの周波数を共振周波数として検出する上記電気−機械−音響変換器の検出コイルを含む検出手段と、この検出手段で共振周波数として検出された周波数で上記発振手段を発振させるように時分割によって上記電気−機械−音響変換器の共振周波数を含む周波数帯域の周波数信号の発振と共振周波数として検出された周波数を上記発振手段で発振させるように上記発振手段を制御する制御手段とで電気−機械−音響変換装置を構成したものにあっては、周囲温度等の変動によって共振中に共振周波数が変動しても上記制御手段で時分割によって発振手段に共振周波数を含む周波数帯域の周波数信号の発振を行わせるので常に安定した共振とこれによる振動を得ることができるものである。
【００５１】
また、上記電気−機械−音響変換器と、上記電気−機械−音響変換器の可動部の共振周波数を含む周波数帯域の周波数信号をスイープして発振し上記電気−機械−音響変換器に上記電気信号を出力する発振手段と、上記電気−機械−音響変換器の出力を検出し出力電圧として出力する上記電気−機械−音響変換器の検出コイルを含む検出手段と、この検出手段で出力された出力電圧が基準電位を超えた時、これを上記電気−機械−音響変換器の可動部の共振点として制御手段に指示する電圧比較手段と、この指示を受けた時の上記周波数を上記発振手段に送る制御手段とで電気−機械−音響変換装置を構成したものにあっては、共振点の周波数を極めて容易に検出して安定した共振とこれによる振動を得ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  （ａ）本発明の電気−機械−音響変換器の一実施の形態の側断面図
（ｂ）同展開例の側断面図
【図２】  同要部である検出コイルにおける出力電圧−周波数特性図
【図３】  同要部である検出コイルにおける出力電圧の位相−周波数特性図
【図４】  同電気−機械−音響変換装置の一実施の形態のブロック回路図
【図５】  同他の実施の形態のブロック回路図
【図６】  同要部であるプリント回路板に電気−機械−音響変換器を実装した状態を説明する断面図
【図７】  従来の電気−機械−音響変換装置の概念のブロック回路図
【図８】  同要部である電気−機械−音響変換器の側断面図
【図９】  同電気−機械−音響変換器の電気インピーダンス−周波数特性図
【図１０】  同電気−機械−音響変換器の振動力−周波数特性図
【図１１】  同装置を搭載した携帯端末である携帯電話機の斜視図
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ  ハウジング
１ａ１  凹部
２  可動部
２ａ  ヨーク
２ｂ  マグネット
２ｃ  プレート
２ｄ  磁気ギャップ
３  サスペンション
４  振動板
５  ボイスコイル
６  携帯電話機
７  電気信号発生装置
１１  検出コイル
２１  増幅器
２２，Ａ  電気−機械−音響変換器
２３，２８  検出器
２５  発振器
２９  電圧比較回路
３０  プリント回路板
３１  印刷コイル
３２  制御部
Ｂ  振動発生回路
ＳＷ１  切換装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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