JP2005528834A - 携帯電子機器 - Google Patents

Abstract

ハウジング壁（１１６，５１６，９１６，１０１２）と、同ハウジング壁（１１６，５１６，９１６，１０１２）と共に使用される圧電変換器（１１８）とを備える携帯電子機器（１００，１０００）。

Description

本発明は一般に、電気機器に関し、より詳細には携帯用電子機器のための音声および振動警報機に関するものである。

最近、ポケットベル、双方向ページャ、携帯電話、携帯デジタルアシスタント、（ＰＤＡ）および進歩的なデジタル腕時計等の多様な種類の携帯電子機器が、広範囲で使用されている。携帯電子機器の設計において特に考慮すべき点は、内部の構成要素の占める空間を低減することである。これら電子機器は、振動を生成し得る電気機械変換器や、音声信号を放出し得る電気機械変換器を備えていることが好ましい。前者は、振動警報機として利便性が高く、後者は音声警報機として利便性が高い。これらの電気機械変換器は、時には、人の声または音楽等のより複雑な音声信号を放出する。

特に、進歩的なデジタル腕時計等の、より小型で、多数の構成要素を備えた携帯電子機器のいくつかにおいて、機器を過剰に嵩高くせず、所望の全構成要素を収容するための空間を形成することは困難である。

例示を意図し、限定することを意図しない実施形態を用いて、同様の構成要素を示す同様の参照番号が付された添付の図面を参照に、本発明を説明する。
所望により、本発明の詳細な実施形態を本願に開示するが、開示される実施形態は本発明の単なる例示に過ぎず、本発明は、様々な形態にて具体化し得ることを理解されたい。従って、本願に開示されている特定の構造および機能の詳細は、本発明を限定するものとして解釈するべきではなく、特許請求の範囲の単なる基礎と、当業者に本発明は事実上、任意の適切な詳細構造にて多様に利用され得ることを教授する基礎として解釈するべきである。さらに、本願にて使用されている用語および表現は、限定を意図するものではなく、本発明を理解可能にするための説明を提供することを意図する。

本願に使用される「結合された」という表現は、必ずしも直接的、機械的ではなく接続された状態を意味する。本願に使用される用語「プログラム」は、コンピュータ・システム上で実行されるよう作成された一連の指示を意味する。プログラム、即ちコンピュータプログラムは、サブルーチン、ファンクション、手順、オブジェクト・メソッド、オブジェクト実行、実行可能なアプリケーション、アプレット、サーブレット、ソース・コード、オブジェクト・コード、共有ライブラリ／ダイナミック・ロード・ライブラリ、及び／又はコンピュータ・システム上で実行されるよう作成された他の一連の指示を含み得る。

図１は、本発明の第一実施形態による、腕時計型の要素を有する電子機器１００の分解図である。図２は、図１に示した腕時計型要素を有する電子機器のハウジング低部１１０の断面図である。図３は、図２の断面図の一部拡大図である。電子機器１００は、無線通信装置を備えることが好ましい。電子機器１００は、クリスタル（表面板）１０４を有するハウジング上部１０２を備えている。クリスタル１０４の下部に液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）１０６が装着されている。ハウジング上部１０２には、手首ストラップの第一半体１０９と、手首ストラップの第二半体１０７とが連結されている。電子機器は、ハウジング上部１０２に嵌合するように構成されたハウジング低部１１０も備えている。ハウジング低部１１０は、電池室１１２を有する。ハウジング低部１１０は、ネジ（図示せず）がそこを貫通して、ハウジング低部１１０をハウジング上部１０２に対して固定する多数のネジ孔１１４を備える。

ハウジング低部１１０は、平坦壁１１６を備えている。平坦壁１１６に圧電変換器１１８が一体的に取り付けられている。ハウジング低部１１０は、圧電変換器１１８を含んだ状態にてオーバーモールドされたプラスチックであることが好ましい。圧電変換器１１８は、ハウジング低部１１０内の開口部１４２を介して、電子機器１００の室内に露出されている。圧電変換器１１８は包囲されていないため、圧電変換器１１８が撓む能力が向上されている。

圧電変換器１１８は、第一電極１３２、第二電極１３４および第三電極１３６を備えている。第一電極１３２と第三電極１３６との間に、第一圧電層１３８と第二圧電層１４０とが配置されている。第一圧電層１３８と第二圧電層１４０との間に、第二電極１３４が配置されている。第一電極１３２と第二電極１３６とは、電気的に結合されていることが好ましい。第一圧電層１３８と第二圧電層１４０とは、層１３８，１４０に対して直交する（層面に対して直交する）共通の偏向方向を有することが好ましい。従って、圧電効果により第一電極１３２と第三電極１３６とに第一電圧を印加して、第二電極１３４に第二電圧を印加すると、圧電層１３８，１４０のうちの一つが収縮し、圧電層１３８，１４０の他方が拡張するものと想定される。圧電層１３８と圧電層１４０とが第二電極１３４を介して連結されている限りは、圧電層１３８，１４０の片方の拡張、およびそれと同時に発生する圧電層１３８，１４０の他方の収縮とに対応するために、圧電変換器１１８は凹形または凸形に変形されるであろう。いずれの層１３８，１４０が拡張、収縮するかは、偏向方向と、前述した第一電圧と第二電圧の電位差の符号とに依存する。電位差の符号を変更することによって、圧電変換器１１８は凸形または凹形に変形されるであろう。振幅電位差を印加すると、圧電変換器１１８が振動する。電子機器１００を使用する場合に、ハウジング低部１１０が使用者の手首と接触する際、圧電変換器１１８はハウジング低部１１０内に鋳込まれているため、使用者は圧電変換器１１８の振動を感知するであろう。それ故、警報が提供される。圧電変換器１１８は、例えば、所定の時間にて使用者に警報を発したり（即ち、警報機能）、電子機器１００により呼び出し（page）が受信されたことを使用者に警報したりすることが可能である。低周波作動信号の使用により、感知可能な触覚警報が生成される。触覚警報を提供するためには、変換器１１８が約７０〜２５０ヘルツの範囲内の周波数にて作動されることが好ましい。約１２０ヘルツの周波数の作動信号が使用されることが、より好ましい。触覚警報は、使用者が個別に警報され得る点で、即ち近隣の他の人々の気を散らさない点で都合がよい。圧電変換器１１８をハウジング低部１１０に対して一体的に取り付けることにより、従来の触覚警報を設けるための電子機器１００の寸法の増大が回避される。

可聴周波数域内の振幅信号により圧電変換器１１８を作動させると、圧電変換器１１８は可聴な音声、例えばビーという音を放出する。従って、圧電変換器１１８は作動される信号に応じて、触覚警報および可聴警報のいずれをも提供することが可能である。これに代わって、圧電変換器は、声、音楽または他の複雑な音声等の音声信号により作動されてもよい。声による信号は、約３００〜４０００Ｈｚの周波数域を有することが好ましい。

ハウジング上部１０２およびハウジング低部１１０は、ＬＣＤ１０６と、折り畳み導体アンテナ１２０と、回路基板１２２等の多数の構成要素を収容する。回路基板１２２は、複数の回路構成要素１２４とスイッチ１２６とを支持し、かつこれらを相互接続する。スイッチ１２６は、ハウジング低部１１０の側壁部分１３０を貫通するボタン１２８を介して作動される。スイッチ１２６は、電子機器１００の作動の設定（例、警報時間の設定）と制御とに使用される。回路構成要素１２４内に組み込まれた電気回路、および電気回路間の接続は、圧電変換器１１８を作動させる一つ以上の回路を有することが好ましい。一対の信号リード線１４４が圧電変換器１１８を回路基板１２２に対して接続している。一対の信号リード線１４４のうちの片方が第一電極１３２と第三電極１３６とに対して結合
され、信号リード線１４４の他方が第二電極１３４に対して結合されている。

図４は、図１および図２に示した電子機器１００内に含まれる圧電変換器１１８の分解図である。図４に示すように、圧電変換器１１８は、銅トレースの第一パターン４０４を支持する低部マイラー（mylar（登録商標））樹脂基板４０２を有する。第一圧電層１３
８は、低部マイラー（登録商標）樹脂基板４０２に面する第一表面上に設けられた第一銀層４０６と、反対側の表面上に設けられた第二銀層４０８とを有する。導電トレースの第一パターン４０４は、第一銀層４０６に面することに留意されたい。第一圧電層１３８と第二圧電層１４０との間には、真鍮シム材４１０が介在している。第二圧電層１４０は、真鍮シム材４１０に面する第一表面上の第三銀層４１２と、反対側の表面上の第四銀層４１４とを有する。上部マイラー（登録商標）樹脂基板４１６は、第四銀層４１４に面している。上部マイラー（登録商標）樹脂基板４１６は、第四銀層４１４に面する銅トレースの第二パターンを支持する。圧電変換器１１８が組み立てられると、導電トレースの第一パターン４０４は第一銀層４０６と電気接触し、真鍮シム材４１０は第二銀層４０８および第三銀層４１２と電気接触し、導電トレースの第二パターン４１８は第四銀層４１４と電気接触する。導電トレースの第一パターン４０４は、低部マイラー（登録商標）樹脂基板４０２上に、第一圧電層１３８と第二圧電層１４０との縁部を越えて延びる第一セグメント４０５を有する。同様に、導電トレースの第二パターン４１８は、第一セグメント４０５に対して一部が重なる第二セグメント４１７を有する。組み立てられた圧電変換器１１８にて、第一セグメント４０５と第二セグメント４１７とが接合されて、電気接触が確立される。第二セグメント４１７を越えて延びる第一セグメント４０５の一部は、前述した一つ以上の作動回路に接続されるための端子として使用されてもよい。第一セグメント４０５に対する作動回路の接続は、はんだ付けによって行われ得る。真鍮シム材４１０は、第一圧電層１３８と第二圧電層１４０との縁部を越えて延びるタブ４１１を有する。タブ４１１は、前述した一つ以上の作動回路と接続されるための端子の役割を果たす。

導電トレースの第一パターン４０４と、第一銀層４０６との組み合わせは、第一電極１３２の役割を果たしている（図２）。真鍮シム材４１０と第二銀層４０８および第三銀層４１２との組み合わせは、第二電極１３４の役割を果たしている（図２）。導電トレースの第二パターン４１８と、第四銀層４１４との組み合わせは、第三電極１３６の役割を果たしている（図２）。上部マイラー（登録商標）樹脂層４１６と低部マイラー（登録商標）樹脂層４０２とは、第一圧電層１３８と第二圧電層１４０と、真鍮シム材４１０との縁部を越えて延びていることが好ましい。組み立てられた圧電変換器１１８において、上部マイラー層４１６の縁部と、低部マイラー層４０２の縁部とが接着されていることが好ましい。

圧電変換器１１８はほぼ平坦であり、その全厚は、圧電変換器１１８の立面図の全厚寸法と比較して小さい。各圧電層１３８，１４０は、０．１８〜０．２２ｍｍの厚さを有することが好ましい。圧電変換器１１８の全厚は、０．６〜０．７ｍｍの範囲内にあることが好ましい。圧電変換器１１８の立面図の寸法は、電子機器１００のハウジング低部１１０の実質部分の立面図の寸法とほぼ等しい。量的には、各立面図寸法は、約１〜３．５ｃｍの範囲内にあることが好ましい。圧電層１３８，１４０は圧電変換器１１８を非常に薄く形成するのに適しているため、圧電変換器１１８はハウジング低部１１０の平坦壁１１６に対して一体的に取り付けられることが容易であり得る。より一般には、圧電変換器１１８の薄さは、空間が限定されている様々な携帯電子機器内に圧電変換器１１８を設けることを可能にする。圧電変換器１１８の平坦な構造は、ハウジング低部１１０の壁１１６内に圧電変換器１１８を組み込むことを可能にする。

２個の圧電層１３８，１４０の共通偏向方向Ｐ１を、図４に示す。代替的に、２個の圧電層１３８，１４０に対して逆平行の偏向方向を付与してもよい。後者の場合、真鍮シム
材４１０を除去してもよく、その場合、圧電変換器は、第一電極１３２と第二電極１３６との間に信号を付与することによって作動され得る。

図１〜３に示した一般的な種類の圧電変換器は、アクティブ・コントロール・エキスパート社（Active Control Experts）[米国マサチューセッツ州ケンブリッジ所在]から販売されている。

図５は、本発明の第二実施形態による、図１に示した電子機器１００のハウジング低部５１０の断面図である。図６は、図５の断面図の一部拡大図である。第二実施形態によれば、ハウジング低部５１０は成形ゴムから形成される。第二実施形態においても、圧電変換器１１８はハウジング低部５１０の平坦壁５１６に対して一体的に取り付けられている。図５に示すように、圧電変換器１１８はハウジング低部５１０のゴム内に埋め込まれ、かつ同ゴムにより包囲されている。ゴムから形成されたハウジング低部５１０は、ゴム製であるため非常に可撓性が高く、作動信号が付与された際に、圧電変換器１１８を容易に歪ませ得る（例、凹形または凸形に変形させる）。変換器１１８から一対の信号リード線５１２がハウジング低部５１０のゴムを貫通して外部に延びて、回路基板１２２と接続されている。

図７は、本発明の好ましい実施形態による、図１に示した電子機器１００のハウジング低部７１０の斜視図である。図８は、図７に示したハウジング低部の断面図である。この好ましい実施形態においても、圧電変換器１１８は平坦壁１１６に対して一体的に取り付けられている。好ましいハウジング低部７１０は、圧電変換器１１８の高さよりも深い凹部７１２を備える。圧電変換器１１８は、ハウジング低部７１０内に埋め込まれている第一端１１９と第二端１２１とを有する。圧電変換器１１８の中間部１２３は、凹部７１２内の空間中に浮いた状態にて保持されている。圧電変換器１１８の中間部１２３と、ハウジング低部７１０との間に、間隙７１４が存在している。凹部７１２の底部から、複数の貫通孔７１６が延びている。圧電変換器１１８の中間部１２３を凹部７１２内の空間中に配置することによって、作動信号が作動されると、圧電変換器１１８はより容易に歪むことができる。貫通孔７１６を設けることによって、圧電変換器１１８が音声周波にて作動された際の音波の外部環境への（例、使用者への）放射が容易になる。貫通孔７１６を設けることによって、ハウジング上部１０２とハウジング低部７１０との組み合わせが、ヘルムホルツ共鳴器として機能し得る。これに代わって、電子機器１００から水を排除する目的で、貫通孔７１６を除去してもよい。平坦壁１１６内の開口部７２０を通って一対の信号リード線７１８が延びて、真鍮シム材４１０のタブ４１１と、導電トレースの第一パターン４０４の第一セグメント４０５とに接触している。

図９は、本発明の第三実施形態による、図１に示した電子機器１００のハウジング低部９１０の斜視図である。ハウジング低部９１０は、ほぼ平坦な底部壁９１６を有する。圧電変換器１１８は、例えばエポキシ系接着剤等の接着剤を用いて、平坦な底部壁９１６に対して接着されることにより底部壁９１６と一体化されている。圧電変換器１１８は薄いために、電子機器１００内の相当空間を占めることなく、平坦底部壁９１６上において収容されることが可能である。

図１０は、本発明の第四実施形態による無線通信装置１０００の一部破断斜視図である。図１１は、図１０の斜視図の一部拡大図である。図１２は、図１０に示した無線通信装置の断面図である。無線通信装置１０００は、ハウジング１００２を備える。ハウジング１００２は、回路基板１００４、ＬＣＤ１００６および複数の制御ボタン１００８等の、多数の部品を封入かつ支持している。回路基板１００４は、多数の回路構成要素１０１０を支持し、かつ回路構成要素１０１０同士を相互接続している。回路構成要素１０１０とこれらの相互接続とは、受信器と、一つ以上の圧電変換器作動回路と、プロセッサとを含
む電気回路を組み込んでいることが好ましい。ハウジング１００２は、平坦壁１０１２を備える。圧電変換器１１８は、平坦壁１０１２に対して一体的に取り付けられている。圧電変換器１１８は、ハウジング１００２の平坦壁１０１２内にオーバーモールドされていることが好ましい。圧電変換器１１８は、平坦壁１０１２の内側に向いた開口部１０１４を介して、ハウジング１００２の室内に露出されている。

図１３は、本発明の好ましい実施形態による、図１に示した電子機器１００の回路構成である。図１３に示すように、電子機器１００は、送受信機１３０２、プロセッサ１３０４、入力デコーダ１３０６、時間記録回路１３０８、デジタル／アナログ変換器１３１０、ディスプレイ・ドライバ１３１２、アナログ／デジタル変換器１３２４およびメモリ１３１４を備える。これらは、デジタル信号バス１３１６を介して互いに結合されている。送受信機１３０２はアンテナ１２２に結合されている。プロセッサ１３０４は、メモリ１３１４内に格納されているプログラムを実行して電子機器１００の作動を制御するようプログラミングされている。入力デコーダ１３０６は、スイッチ１２６に結合されている。ディスプレイ・ドライバ１３１２は、ディスプレイ１０６に結合されている。アナログ／デジタル変換器１３２４は、圧電変換器１１８に結合されたセンス増幅器１３２６に結合されている。

デジタル／アナログ変換器１３１０は、可変利得増幅器１３１８の入力１３１７に結合されている。可変利得増幅器１３１８のデジタル利得制御入力１３２５は、デジタル信号バス１３１６を介してプロセッサ１３０４に結合されている。電源１３２０は、電池室１１２内に格納された電池の形態を有することが好ましく、比較的低電圧（例、１．５〜３ボルト）の電力をＤＣ／ＤＣ変換器１３２２に供給する。ＤＣ／ＤＣ変換器１３２２の出力１３２１は、可変利得増幅器１３１８の電源入力１３２３に結合されている。ＤＣ／ＤＣ変換器１３２２は、可変利得増幅器１３１８が、圧電変換器１１８を感知可能な触覚振動および可聴振動を生成させるのに十分な振幅にて作動させるために十分な、比較的高電圧（例１０〜５０ボルト）の電力を可変利得増幅器１３１８に供給することが好ましい。圧電変換器１１８から感知可能な触覚応答または可聴応答を得るために必要な電圧は、圧電変換器１１８の厚さと、圧電変換器１１８に使用される材料とに依存して変動し得るが、慣例的試験により決定され得る。可変利得増幅器１３１８の出力１３１９は、圧電変換器１１８に結合されている。可変利得増幅器の出力１３１９は２個の端子を有し、そのうちの１個は圧電変換器１１８の第一電極１３２と第三電極１３６とに結合され、他方は圧電変換器１１８の第二電極１３４に結合されることが好ましい。変換器１１８は、少なくとも約２４ボルトの電圧で作動されて可聴警報を生成することが好ましく、振動警報を生成することが所望される場合には、少なくとも約３２ボルトの電圧で作動されることが好ましい。

送受信機１３０２、プロセッサ１３０４、入力デコーダ１３０６、ディスプレイ・ドライバ１３１２、時間記録回路１３０８、デジタル／アナログ変換器１３１０、アナログ／デジタル変換器１３２４、メモリ１３１４、ＤＣ／ＤＣ変換器１３２２、可変利得増幅器１３１８およびセンス増幅器１３２６は、回路基板１２２の回路構成要素１２４および相互接続に組み込まれている回路である。

センス増幅器１３２６およびアナログ／デジタル変換器１３２４は、使用者が電子機器１００に向かって発した声等、外部で生成された振動により圧電変換器１１８が振動された際に圧電変換器１１８によって生成された電気信号を感知するように使用されてもよい。このような能力において、圧電変換器１１８はマイクロフォンの役割を果たし、音声を入力するために使用されて、同音声は次に送受信機１３０２により伝送されるか、および／または、メモリ３１４内に記録される。圧電変換器１１８は、無線連絡装置１０００（図１０）内にてマイクロフォンとしても使用され得る。

送受信機１３０２は、メッセージを受信するよう作動し得る。時間記録回路１３０８は、時間を記録するよう作動し得る。プロセッサ１３０４は、スイッチ１２６を介した使用者の選択警告時間の入力を受信するようにプログラミングされ得る。プロセッサ１３０４は、メッセージ受信に応答して、または警告時間になると、可変利得増幅器１３１８の利得設定を選択して、デジタル／アナログ変換器１３１０を介して可変利得増幅器１３１８に信号を送信し、その結果、可変利得増幅器１３１８が圧電変換器１１８を作動させて、感知可能な触覚振動、または音声振動、もしくはこれら双方を発生させる。使用される利得設定は、使用者により設定可能である。

本発明の第一実施形態による腕時計型を有する電子機器の分解図。 本発明の第一実施形態による図１の電子機器のハウジング低部の断面図。 図２に示した断面図の一部拡大図。 図１、図２および図３に示した電子機器に含まれる圧電変換器の分解図。 本発明の第二実施形態による、図１に示した電子機器のハウジング低部の断面図。 図５に示した断面図の一部拡大図。 本発明の好ましい実施形態による、図１に示した電子機器のハウジング低部の斜視図。 図７に示したハウジング低部の断面図。 本発明の第三実施形態による、図１に示した電子機器のハウジング低部の斜視図。 本発明の第四実施形態による、無線通信装置の一部破断斜視図。 図１０に示した斜視図の一部拡大図。 図１０に示した無線通信装置の断面図。 本発明の好ましい実施形態による、図１に示した電子機器の回路構成。

Claims (20)

1. 壁を含むハウジングと、
   前記壁に一体化された圧電変換器とを備える携帯電子機器。
2. 前記圧電変換器は、壁内にオーバーモールドされている請求項１に記載の携帯電子機器。
3. 前記圧電変換器は、壁に対して接着されている請求項１に記載の携帯電子機器。
4. 前記圧電変換器はほぼ平坦である請求項１に記載の携帯電子機器。
5. 前記圧電変換器は、少なくともその一部が壁内の凹部上に重なり、該圧電変換器の少なくとも一部と壁との間に間隙が形成される、請求項１に記載の携帯電子機器。
6. 前記壁はゴム製である請求項１に記載の携帯電子機器。
7. 前記圧電変換器の少なくとも一部が壁内に埋め込まれている、請求項１に記載の携帯電子機器。
8. 腕時計型要素を有する電子機器を備え、前記壁は、前記腕時計型要素を有する電子機器の腕側壁を含む請求項１に記載の携帯電子機器。
9. 前記圧電変換器を７０〜２５０ヘルツの範囲内の周波数にて作動させる作動回路を含む電気回路を備える、請求項８に記載の携帯電子機器。
10. 前記壁はゴム製である請求項８に記載の携帯電子機器。
11. 前記圧電変換器は、
    第一電極と、
    第二電極と、
    前記第一電極と第二電極との間に配置された第一圧電層と、
    前記第一電極と第二電極との間に配置された第二圧電層とを備える、請求項１に記載の携帯電子機器。
12. 前記第一圧電層と第二圧電層との間に配置された第三電極をさらに備え、前記第一電極は第二電極に接続されている請求項１１に記載の携帯電子機器。
13. 前記圧電変換器を作動させる作動回路を含む電気回路を備える請求項１に記載の携帯電子機器。
14. 前記電気回路は、
    一つ以上の信号を受信する送受信機と、
    前記一つ以上の信号に応答して作動回路を作動させるために前記送受信機に結合されたプロセッサとを備える、請求項１３に記載の携帯電子機器。
15. 圧電変換器を含む壁を有するハウジングを備える、携帯電子機器。
16. 前記圧電変換器は、壁内にオーバーモールドされている請求項１５に記載の携帯電子機器。
17. 前記圧電変換器はほぼ平坦である請求項１５に記載の携帯電子機器。
18. 前記圧電変換器は少なくともその一部が壁内の凹部上に重なり、前記圧電変換器の少なくとも一部と壁との間に間隙が形成される、請求項１５に記載の携帯電子機器。
19. 前記壁はゴム製である、請求項１に記載の携帯電子機器。
20. 前記圧電変換器を７０〜２５０ヘルツの範囲内の周波数にて作動させる作動回路を含む電気回路を備える、請求項１５に記載の携帯電子機器。

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