JP2012015756A - Electronic apparatus and oscillation unit - Google Patents

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Yasuharu Onishi
康晴 大西
Yuichiro Kishinami
雄一郎 岸波
Atsushi Kuroda
淳 黒田
Motoyoshi Komoda
元喜 菰田
Nobuhiro Kawashima
信弘 川嶋
Yukio Murata
行雄 村田
Shigeo Sato
重夫 佐藤
Tatsuya Uchikawa
達也 内川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electronic apparatus that can prevent uncomfortable vibration and noise from being generated in a main body housing.SOLUTION: In the electronic apparatus, a unit frame 231 is mounted by a damping material 232 onto a unit mounting part 111 in a main body housing 110, so even when a piezoelectric vibrator 210 is driven and vibration occurs to the unit frame 231 along with an elastic vibration plate 220, uncomfortable vibration and noise can be prevented from being generated in the main body housing 110.

Description

本発明は、携帯電話端末などの音声を出力する電子機器に関し、特に、発振ユニットで音声を出力する電子機器、その発振ユニット、に関する。   The present invention relates to an electronic device that outputs sound, such as a mobile phone terminal, and more particularly to an electronic device that outputs sound with an oscillation unit, and the oscillation unit.

近年、携帯電話機やノート型コンピュータなどの携帯型の電子機器の需要が拡大している。このような電子機器では、テレビ電話や動画再生、ハンズフリー電話などの音響機能を商品価値とした薄型の携帯端末の開発が進められている。このような開発の中、音響部品である電気音響変換器(スピーカ装置)に対して、高音質でかつ小型・薄型化への要求が高まっている。   In recent years, demand for portable electronic devices such as mobile phones and notebook computers has been increasing. In such an electronic device, development of a thin portable terminal whose commercial value is an acoustic function such as a videophone, a video playback, and a hands-free phone is being promoted. Under such development, there is an increasing demand for high-quality sound, small size, and thinness for electroacoustic transducers (speaker devices) that are acoustic components.

従来、携帯電話等の電子機器には、電気音響変換器として動電型電気音響変換器が利用されてきた。この動電型電気音響変換器は、永久磁石とボイスコイルと振動膜から構成されている。   Conventionally, electrodynamic electroacoustic transducers have been used as electroacoustic transducers in electronic devices such as mobile phones. This electrodynamic electroacoustic transducer is composed of a permanent magnet, a voice coil, and a diaphragm.

しかし、動電型電気音響変換器は、その動作原理および構造から、薄型化には限界がある。一方、特許文献1、2には、圧電振動子を電気音響変換器として使用することが記載されている。   However, there is a limit to reducing the thickness of electrodynamic electroacoustic transducers due to their operating principles and structures. On the other hand, Patent Documents 1 and 2 describe using a piezoelectric vibrator as an electroacoustic transducer.

また、圧電振動子を用いる発振装置の他の例としては、スピーカ装置のほか、圧電振動子から発振された音波を用いて対象物までの距離などを検出する音波センサ(特許文献3を参照)など、種々の発振装置や電子機器が知られている。   As another example of an oscillation device using a piezoelectric vibrator, in addition to a speaker device, a sound wave sensor that detects a distance to an object using a sound wave oscillated from the piezoelectric vibrator (see Patent Document 3). Various oscillators and electronic devices are known.

さらに、圧電振動子を搭載した振動部材を制振材で本体ハウジングに装着した電子機器の提案もある(特許文献4)。   Furthermore, there is also a proposal of an electronic device in which a vibration member equipped with a piezoelectric vibrator is mounted on a main body housing with a damping material (Patent Document 4).

再表2007−026736号公報No. 2007-026736 再表2007−083497号公報Table 2007-083497 特開平03−270282号公報Japanese Patent Laid-Open No. 03-270282 特開2005−223410号公報JP 2005-223410 A

圧電振動子を用いる発振装置は、圧電層の圧電効果を利用して、電気信号の入力による電歪作用により、振動振幅を発生させるものである。そして、動電型電気音響変換器がピストン型の進退運動によって振動を発生させるのに対して、圧電振動子を用いる発振装置は屈曲型の振動姿態をとるために振幅が小さくなる。このため、上記した動電型の電気音響変換器に対して薄型化に優位である。   An oscillating device using a piezoelectric vibrator generates a vibration amplitude by an electrostrictive action by inputting an electric signal by using a piezoelectric effect of a piezoelectric layer. The electrodynamic electroacoustic transducer generates vibration by a piston-type forward / backward movement, whereas the oscillation device using the piezoelectric vibrator has a bending-type vibration state and thus has a small amplitude. For this reason, it is superior in reducing the thickness of the electrodynamic electroacoustic transducer described above.

しかしながら、携帯電話機などは本体ハウジングが小型で薄板からなるので、その内部に発振装置を直接に固定すると、発振装置の振動のために本体ハウジングが振動し、不快なノイズや振動が発生することになる。   However, since the main body housing of a mobile phone or the like is small and made of a thin plate, if the oscillation device is directly fixed inside, the main body housing vibrates due to the vibration of the oscillation device, and unpleasant noise and vibration are generated. Become.

本発明は上述のような課題に鑑みてなされたものであり、簡単な構造で本体ハウジングの不快な振動やノイズの発生を防止することができる電子機器、その発振ユニット、を提供するものである。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides an electronic device and its oscillation unit that can prevent unpleasant vibration and noise of the main body housing with a simple structure. .

本発明の電子機器は、平板状のユニット装着部を有する本体ハウジングと、圧電層の表面と裏面とに電極層が形成されている圧電振動子と、弾発性を有して圧電振動子が装着されている振動部材と、振動部材を支持するユニットフレームと、圧電振動子を駆動して振動部材を発振させる発振駆動部と、ユニット装着部の内面に振動部材が対向する状態でユニットフレームと本体ハウジングとを連結して振動を減衰させる制振材と、を有する。   An electronic device according to the present invention includes a main body housing having a flat unit mounting portion, a piezoelectric vibrator having electrode layers formed on the front and back surfaces of the piezoelectric layer, and a piezoelectric vibrator having elasticity. The mounted vibration member, a unit frame that supports the vibration member, an oscillation drive unit that drives the piezoelectric vibrator to oscillate the vibration member, and the unit frame with the vibration member facing the inner surface of the unit mounting unit And a damping material that couples the main body housing to damp vibrations.

本発明の発振ユニットは、本発明の電子機器の発振ユニットであって、圧電層の表面と裏面とに電極層が形成されている圧電振動子と、弾発性を有して圧電振動子が装着されている振動部材と、振動部材を支持するユニットフレームと、ユニット装着部の内面に振動部材が対向する状態でユニットフレームと本体ハウジングとを連結して振動を減衰させる制振材と、を有する。   An oscillation unit according to the present invention is an oscillation unit for an electronic device according to the present invention, and includes a piezoelectric vibrator in which an electrode layer is formed on a front surface and a back surface of a piezoelectric layer, and a piezoelectric vibrator having elasticity. A vibration member that is mounted; a unit frame that supports the vibration member; and a damping material that attenuates vibration by connecting the unit frame and the main body housing with the vibration member facing the inner surface of the unit mounting portion. Have.

本発明の発振装置では、ユニットフレームが制振材で本体ハウジングのユニット装着部に装着されているので、圧電振動子が駆動されて振動部材とともにユニットフレームが振動しても、本体ハウジングに不快な振動やノイズが発生することを抑制できる。   In the oscillation device of the present invention, since the unit frame is mounted on the unit mounting portion of the main body housing with the damping material, even if the unit frame vibrates together with the vibration member by driving the piezoelectric vibrator, it is uncomfortable for the main body housing. Generation of vibration and noise can be suppressed.

本発明の実施の形態の電子機器である携帯電話機の要部の構造を示す模式的な縦断正面図である。1 is a schematic longitudinal sectional front view showing a structure of a main part of a mobile phone which is an electronic apparatus according to an embodiment of the present invention. 携帯電話機の外観を示す模式的な平面図である。It is a typical top view which shows the external appearance of a mobile telephone. 一の変形例の携帯電話機の要部の構造を示す模式的な縦断正面図である。It is a typical vertical front view which shows the structure of the principal part of the mobile telephone of one modification. 他の変形例の携帯電話機の要部の構造を示す模式的な縦断正面図である。It is a typical vertical front view which shows the structure of the principal part of the mobile phone of another modification.

本発明の実施の第一の形態について図1および図2を参照して以下に説明する。本実施の形態の電子機器である携帯電話機1000は、図1に示すように、平板状のユニット装着部111を有する本体ハウジング110と、圧電層である圧電セラミック211の表面と裏面とに電極層212,213が形成されている圧電振動子210と、弾発性を有して圧電振動子210が装着されている振動部材である弾性振動板220と、弾性振動板220を支持するユニットフレーム231と、圧電振動子210を駆動して発振させる発振駆動部である制御部240と、ユニット装着部111の内面に弾性振動板220が対向する状態でユニットフレーム231と本体ハウジング110とを連結して振動を減衰させる制振材232と、を有する。   A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. 1 and FIG. As shown in FIG. 1, a mobile phone 1000 that is an electronic device of the present embodiment includes a body housing 110 having a flat unit mounting portion 111 and electrode layers on the front and back surfaces of a piezoelectric ceramic 211 that is a piezoelectric layer. 212, 213 formed piezoelectric vibrator 210, elastic vibration plate 220 that is elastic and mounted with piezoelectric vibrator 210, and unit frame 231 that supports elastic vibration plate 220 The unit frame 231 and the main body housing 110 in a state where the elastic vibration plate 220 faces the inner surface of the unit mounting portion 111 and the control unit 240 that is an oscillation driving unit that drives the piezoelectric vibrator 210 to oscillate. And a damping material 232 for damping the vibration.

より詳細には、本実施の形態の携帯電話機1000では、上述の圧電振動子210と、弾性振動板220と、ユニットフレーム231と、制振材232と、で発振ユニットである電気音響変換器200が形成されている。   More specifically, in the cellular phone 1000 according to the present embodiment, the electroacoustic transducer 200 that is an oscillation unit includes the piezoelectric vibrator 210, the elastic diaphragm 220, the unit frame 231, and the damping material 232 described above. Is formed.

この電気音響変換器200は、制御部240に駆動されて可聴域の音波を出力する。このため、本体ハウジング110のユニット装着部111には、複数の音孔112が貫通されている。   The electroacoustic transducer 200 is driven by the control unit 240 and outputs audible sound waves. For this reason, a plurality of sound holes 112 are passed through the unit mounting portion 111 of the main body housing 110.

また、制振材232は、例えば、本体ハウジング110およびユニットフレーム231より弾性率が高く内部損失が大きい樹脂等からなる。   The damping material 232 is made of, for example, a resin having a higher elastic modulus and a larger internal loss than the main body housing 110 and the unit frame 231.

制振材232は、本体ハウジング110より高剛性の剛性板233を介してユニット装着部111の内面に装着されているとともに、ユニットフレーム231より高剛性の剛性板234を介して制振材232がユニットフレーム231に装着されている。   The vibration damping material 232 is mounted on the inner surface of the unit mounting portion 111 via a rigid plate 233 having higher rigidity than the main body housing 110, and the vibration damping material 232 is mounted via a rigid plate 234 having higher rigidity than the unit frame 231. The unit frame 231 is attached.

なお、本体ハウジング110およびユニットフレーム231は樹脂で形成されており、剛性板233,234は金属で形成されている。制御部240は、圧電振動子210を駆動して可聴域の音波を出力させる。   The main body housing 110 and the unit frame 231 are made of resin, and the rigid plates 233 and 234 are made of metal. The controller 240 drives the piezoelectric vibrator 210 to output audible sound waves.

また、圧電セラミック211としては、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などを使用するが特に限定されない。圧電セラミック211の厚みは、特に限定されないが、10μm以上500μm以下であることが好ましい。   The piezoelectric ceramic 211 is not particularly limited, although lead zirconate titanate (PZT) or the like is used. The thickness of the piezoelectric ceramic 211 is not particularly limited, but is preferably 10 μm or more and 500 μm or less.

例えば、脆性材料であるセラミック材料として厚み10μm未満の薄膜を使用する場合、取り扱い時に機械強度の弱さから、欠けや破損などが生じて、取り扱いが困難となる。   For example, when a thin film having a thickness of less than 10 μm is used as a ceramic material that is a brittle material, chipping or breakage occurs due to weak mechanical strength during handling, making handling difficult.

また、厚み500μmを超える圧電セラミック211を使用する場合は電気エネルギから機械エネルギに変換する変換効率が著しく低下し、電気音響変換器200として十分な性能が得られない。   In addition, when the piezoelectric ceramic 211 having a thickness exceeding 500 μm is used, the conversion efficiency for converting electrical energy into mechanical energy is remarkably lowered, and sufficient performance as the electroacoustic transducer 200 cannot be obtained.

一般的に、電気信号の入力により電歪効果を発生させる圧電セラミック211においては、その変換効率は電界強度に依存する。この電界強度は分極方向に対する厚み/入力電圧で表されることから、厚みの増加は必然的に変換効率の低下を招いてしまう問題がある。   In general, in the piezoelectric ceramic 211 that generates an electrostrictive effect by inputting an electric signal, the conversion efficiency depends on the electric field strength. Since the electric field strength is expressed by the thickness / input voltage with respect to the polarization direction, an increase in thickness inevitably causes a decrease in conversion efficiency.

本実施の形態の圧電振動子210には、電界を発生させるために表面と裏面とに電極層212,213が形成されている。電極層212,213は、電気伝導性を有する材料であれば特に限定されないが、銀や銀/パラジウムを使用することが好ましい。銀は低抵抗な汎用的な電極層として使用されており、製造プロセスやコストなどに利点がある。   In the piezoelectric vibrator 210 of the present embodiment, electrode layers 212 and 213 are formed on the front surface and the back surface in order to generate an electric field. The electrode layers 212 and 213 are not particularly limited as long as they are electrically conductive materials, but it is preferable to use silver or silver / palladium. Silver is used as a general-purpose electrode layer with low resistance, and has advantages in manufacturing process and cost.

また、銀/パラジウムは耐酸化に優れた低抵抗材料であるため、信頼性の観点から利点がある。また、電極層212,213の厚みについては、特に限定されないが、その厚みが1μm以上50μm以下であるのが好ましい。   Further, since silver / palladium is a low-resistance material excellent in oxidation resistance, there is an advantage from the viewpoint of reliability. The thickness of the electrode layers 212 and 213 is not particularly limited, but the thickness is preferably 1 μm or more and 50 μm or less.

例えば、厚み1μm未満では、膜厚が薄いため、均一に成形できず、変換効率が低下する可能性がある。なお、薄膜状の電極層212,213を形成する技術として、ペースト状にして塗布する方法もある。   For example, when the thickness is less than 1 μm, since the film thickness is thin, it cannot be uniformly formed, and conversion efficiency may be reduced. As a technique for forming the thin-film electrode layers 212 and 213, there is a method of applying the paste in a paste form.

しかし、圧電セラミック211のような多結晶では表面状態が梨地面であるため、塗布時の濡れ状態が悪く、ある程度の厚みがないと均一な電極膜が形成できない問題点がある。   However, since the surface state of the polycrystal such as the piezoelectric ceramic 211 is a textured surface, the wet state at the time of application is poor, and there is a problem that a uniform electrode film cannot be formed without a certain thickness.

一方、電極層212,213の膜厚が100μmを超える場合は、製造上に特に問題はないが、電極層212,213が圧電セラミック211に対して拘束面となり、エネルギ変換効率を低下させてしまう問題点がある。   On the other hand, when the film thickness of the electrode layers 212 and 213 exceeds 100 μm, there is no particular problem in manufacturing, but the electrode layers 212 and 213 serve as a constraining surface with respect to the piezoelectric ceramic 211 and reduce the energy conversion efficiency. There is a problem.

弾性振動板220は、圧電振動子210から発生した振動で共振する。また、同時に弾性振動板220には、圧電振動子210の基本共振周波数を調整する機能を持つ。機械的な電気音響変換器200の基本共振周波数fは、以下の式で示されるように、負荷重量と、コンプライアンスに依存する。   The elastic diaphragm 220 resonates due to vibration generated from the piezoelectric vibrator 210. At the same time, the elastic diaphragm 220 has a function of adjusting the basic resonance frequency of the piezoelectric vibrator 210. The fundamental resonance frequency f of the mechanical electroacoustic transducer 200 depends on the load weight and compliance, as shown by the following equation.

[数1]
f=1/(2πL√(mC))
なお、"m"は質量、"C"はコンプライアンス、である。
[Equation 1]
f = 1 / (2πL√ (mC))
“M” is mass and “C” is compliance.

言い換えれば、コンプライアンスは電気音響変換器200の機械剛性であるため、このことは圧電振動子210の剛性を制御することで基本共振周波数を制御できることを意味する。   In other words, since the compliance is the mechanical rigidity of the electroacoustic transducer 200, this means that the fundamental resonance frequency can be controlled by controlling the rigidity of the piezoelectric vibrator 210.

例えば、弾性率の高い材料の選択や、弾性振動板220の厚みを低減することで、基本共振周波数を低域にシフトさせることが可能となる。この一方で、弾性率の高い材料を選択することや、弾性振動板220の厚みを増加させることで基本共振周波数を高域にシフトさせることができる。   For example, the fundamental resonance frequency can be shifted to a low range by selecting a material with a high elastic modulus or reducing the thickness of the elastic diaphragm 220. On the other hand, the fundamental resonance frequency can be shifted to a high range by selecting a material having a high elastic modulus or increasing the thickness of the elastic diaphragm 220.

なお、弾性振動板220には、金属や樹脂など脆性材料であるセラミックに対して高い弾性率を持つ材料であれば特に限定されないが、加工性やコストの観点からリン青銅やステンレスなどの汎用材料が使用される。   The elastic diaphragm 220 is not particularly limited as long as it is a material having a high elastic modulus with respect to a ceramic that is a brittle material such as a metal or a resin, but a general-purpose material such as phosphor bronze or stainless steel from the viewpoint of workability and cost. Is used.

また、弾性振動板220の厚みについては、5μm以上1000μm以下であることが好ましい。厚みが5μm未満の場合、機械強度が弱く、拘束部材として機能を損なうことや、加工精度の低下により、製造ロット間で圧電振動子210の機械振動特性の誤差が生じてしまう問題点がある。   The thickness of the elastic diaphragm 220 is preferably 5 μm or more and 1000 μm or less. When the thickness is less than 5 μm, there is a problem that mechanical strength is weak, the function as a restraining member is impaired, and the mechanical vibration characteristics of the piezoelectric vibrator 210 are varied between manufacturing lots due to a reduction in processing accuracy.

また、厚みが1000μmを超える場合は、剛性増による圧電振動子210への拘束が強まり、振動変位量の減衰を生じさせてしまう問題点がある。また、本実施形態の弾性振動板220は、材料の剛性を示す指標である縦弾性係数が、1GPa以上500GPa以下であることが好ましい。上述のように、弾性振動板220の剛性が過度に低い場合や、過度に高い場合は、機械振動子として特性や信頼性を損なう問題点がある。   In addition, when the thickness exceeds 1000 μm, there is a problem that the restraint on the piezoelectric vibrator 210 due to the increase in rigidity is strengthened, and the vibration displacement amount is attenuated. The elastic diaphragm 220 of the present embodiment preferably has a longitudinal elastic modulus, which is an index indicating the rigidity of the material, of 1 GPa or more and 500 GPa or less. As described above, when the rigidity of the elastic diaphragm 220 is excessively low or excessively high, there is a problem that characteristics and reliability are impaired as a mechanical vibrator.

ここで、本実施の形態の電気音響変換器200の製造方法を以下に説明する。まず、圧電振動子210は、例えば、外径=φ3mm、厚み=200μmの圧電セラミック211を形成し、圧電セラミック211の両面に、それぞれ厚み8μmの電極層212,213を形成する。   Here, the manufacturing method of the electroacoustic transducer 200 of this Embodiment is demonstrated below. First, in the piezoelectric vibrator 210, for example, a piezoelectric ceramic 211 having an outer diameter = φ3 mm and a thickness = 200 μm is formed, and electrode layers 212 and 213 having a thickness of 8 μm are formed on both surfaces of the piezoelectric ceramic 211, respectively.

圧電セラミック211には、ジルコン酸チタン酸鉛系セラミックを用い、電極層212,213には銀/パラジウム合金(重量比70%:30%)を使用する。この圧電セラミック211の製造はグリーンシート法で行い、大気中で1100℃で2時間にわたって焼成し、その後、圧電セラミック211に分極処理を施す。圧電振動子210と弾性振動板220との接着とには、エポキシ系接着剤を用いる。   For the piezoelectric ceramic 211, a lead zirconate titanate ceramic is used, and for the electrode layers 212 and 213, a silver / palladium alloy (weight ratio 70%: 30%) is used. The piezoelectric ceramic 211 is manufactured by a green sheet method, fired in the atmosphere at 1100 ° C. for 2 hours, and then the piezoelectric ceramic 211 is subjected to polarization treatment. An epoxy adhesive is used for bonding the piezoelectric vibrator 210 and the elastic diaphragm 220.

また、本構成では、プライバシー保護が可能な音響再生を実現するために、超音波を発振させる。ここでは、変調した超音波を可聴音に復調するパラメトリックスピーカの原理を利用している。圧電振動子210は周波数20kHz以上の超音波を発振するものである。   Further, in this configuration, ultrasonic waves are oscillated in order to realize sound reproduction that can protect privacy. Here, the principle of a parametric speaker that demodulates modulated ultrasonic waves into audible sounds is used. The piezoelectric vibrator 210 oscillates an ultrasonic wave having a frequency of 20 kHz or more.

ここでは、AM(Amplitude Modulation)変調やDSB(Double Sideband)変調、SSB(Single-Sideband modulation)変調、FM(Frequency Modulation)変調をかけた超音波を空気中に放射し、超音波が空気中に伝播する際の非線形特性により、可聴音が出現する原理で音響再生を行っている。   Here, AM (Amplitude Modulation) modulation, DSB (Double Sideband) modulation, SSB (Single-Sideband modulation) modulation, FM (Frequency Modulation) modulated ultrasonic waves are emitted into the air, and the ultrasonic waves enter the air. Sound reproduction is performed on the principle that audible sound appears due to nonlinear characteristics when propagating.

非線形としては、流れの慣性作用と粘性作用の比で示されるレイノルズ数が大きくなると、層流から乱流に推移する現象が挙げられる。すなわち、音波は流体内で微少に、じょう乱しているため、音波は非線形で伝播している。   Non-linearity includes a phenomenon in which the flow changes from laminar flow to turbulent flow when the Reynolds number indicated by the ratio between the inertial action and viscous action of the flow increases. That is, since the sound wave is slightly disturbed in the fluid, the sound wave propagates in a non-linear manner.

しかしながら、低周波数帯域での音波の振幅は非線形でありながら、振幅差が非常に小さく、通常、線形理論の現象として取り扱っている。これに対して、超音波では非線形性が容易に観察でき、空気中に放射した場合、非線形性に伴う高調波が顕著に発生する。   However, the amplitude of the sound wave in the low frequency band is nonlinear, but the amplitude difference is very small, and is usually handled as a phenomenon of linear theory. On the other hand, nonlinearity can be easily observed with ultrasonic waves, and when radiated into the air, harmonics accompanying the nonlinearity are remarkably generated.

概略すれば、音波は空気中に分子集団が濃淡に混在する疎密状態であり、空気分子が圧縮よりも復元するのに時間が生じた場合、圧縮後に復元できない空気が、連続的に伝播する空気分子と衝突し、衝撃波が生じて可聴音が発生する原理である。   In summary, sound waves are a dense state where molecular groups are mixed in the air, and if it takes time for the air molecules to recover rather than compress, the air that cannot be recovered after compression is continuously propagated air. This is the principle that an audible sound is generated by colliding with a molecule and generating a shock wave.

続いて、圧電振動子210の動作原理を説明する。圧電セラミック211は、上述のように二個の主面を有する圧電板からなり、圧電セラミック211の主面のそれぞれに、電極層212,213が形成されている。   Next, the operation principle of the piezoelectric vibrator 210 will be described. The piezoelectric ceramic 211 is made of a piezoelectric plate having two main surfaces as described above, and electrode layers 212 and 213 are formed on each of the main surfaces of the piezoelectric ceramic 211.

圧電セラミック211の分極方向は特に限定されるものではないが、本実施の形態の電気音響変換器200では、上下方向(圧電振動子210の厚み方向)で上向きとなっている。   Although the polarization direction of the piezoelectric ceramic 211 is not particularly limited, in the electroacoustic transducer 200 according to the present embodiment, it is upward in the vertical direction (thickness direction of the piezoelectric vibrator 210).

このように構成された圧電振動子210は、電極層212,213に交流電圧が印加され、交番的な電界が付与されると、その両主面が同時に拡大または縮小するような、半径方向の伸縮運動(径拡がり運動)を行う。   The piezoelectric vibrator 210 configured in this way has a radial direction in which both main surfaces simultaneously expand or contract when an alternating voltage is applied to the electrode layers 212 and 213 and an alternating electric field is applied. Perform telescopic motion (diameter expansion motion).

換言すれば、圧電振動子210は、主面が拡大するような第一の変形モードと、主面が縮小するような第二の変形モードとを繰り返すような運動を行う。このような運動を圧電振動子210が繰り返すことで、弾性振動板220は弾性効果を利用して、慣性作用と復元作用による上下振動を発生し、音波を発生する。   In other words, the piezoelectric vibrator 210 performs a motion that repeats a first deformation mode in which the main surface expands and a second deformation mode in which the main surface contracts. When the piezoelectric vibrator 210 repeats such a motion, the elastic diaphragm 220 uses the elastic effect to generate vertical vibrations due to the inertial action and the restoring action, thereby generating sound waves.

また、本発明の構成では、圧電振動子210は周波数20kHz以上の超音波を発振する。FMやAM変調させた超音波を発振させ、空気の非線形状態(疎密状態)を利用して、変調波を復調させ可聴音を再生する、いわゆるパラメトリックスピーカの原理に基づいて音響再生を行う。これは、超音波の特徴である高い指向性を利用して音波を伝播させるものであり、携帯電話機1000のユーザにしか聴こえないプライバシー音源の実現が可能となる。   In the configuration of the present invention, the piezoelectric vibrator 210 oscillates an ultrasonic wave having a frequency of 20 kHz or more. Sound reproduction is performed based on the principle of a so-called parametric speaker that oscillates FM or AM-modulated ultrasonic waves and demodulates the modulated wave to reproduce audible sound using the nonlinear state (dense / dense state) of air. This is to propagate sound waves using the high directivity that is a feature of ultrasonic waves, and it is possible to realize a privacy sound source that can be heard only by the user of the mobile phone 1000.

以上のように、本実施の形態の電気音響変換器200は、小型で大音量の再生ができる。また、超音波を利用しているため、指向性が狭く、ユーザのプライバシー保護などの点で、工業的な価値は大きい。   As described above, the electroacoustic transducer 200 of the present embodiment is small and can reproduce a large volume. Further, since ultrasonic waves are used, directivity is narrow, and industrial value is great in terms of protecting user privacy.

すなわち、本実施形態の電気音響変換器200は、従来の電気音響変換器に比べ、音波の直進性が高く、ユーザに伝えたい位置へ選択的に音波を伝播できる。以上をまとめると、本実施の形態の電気音響変換器200は、電子機器(例えば、携帯電話機、ノート型パーソナルコンピュータ、小型ゲーム機器など)の音源としても利用可能である。しかも、電気音響変換器200の大型化を防止することができ、音響特性が向上することから、携帯型の電子機器に対しても好適に利用することが可能である。   That is, the electroacoustic transducer 200 according to the present embodiment has higher rectilinearity of the sound wave than the conventional electroacoustic transducer, and can selectively propagate the sound wave to a position to be transmitted to the user. In summary, the electroacoustic transducer 200 according to the present embodiment can be used as a sound source of an electronic device (for example, a mobile phone, a notebook personal computer, a small game device, etc.). In addition, since the electroacoustic transducer 200 can be prevented from being enlarged and the acoustic characteristics are improved, it can be suitably used for portable electronic devices.

それでいて、本実施の形態の携帯電話機1000では、ユニットフレーム231が制振材232で本体ハウジング110のユニット装着部111に装着されている。このため、圧電振動子210が駆動されて弾性振動板220とともにユニットフレーム231が振動しても、本体ハウジング110に不快な振動やノイズ等が発生することを抑制できる。   Nevertheless, in the cellular phone 1000 according to the present embodiment, the unit frame 231 is mounted on the unit mounting portion 111 of the main body housing 110 with the damping material 232. For this reason, even if the piezoelectric vibrator 210 is driven and the unit frame 231 vibrates together with the elastic diaphragm 220, it is possible to suppress generation of unpleasant vibration, noise, and the like in the main body housing 110.

しかも、制振材232は、本体ハウジング110およびユニットフレーム231より弾性率が高く内部損失が大きいので、弾性振動板220から伝導する振動を良好に制振することができる。   In addition, since the damping material 232 has a higher elastic modulus and a larger internal loss than the main body housing 110 and the unit frame 231, the vibration conducted from the elastic diaphragm 220 can be satisfactorily suppressed.

さらに、樹脂製の本体ハウジング110およびユニットフレーム231に、金属製で高剛性の剛性板233,234を介して制振材232が装着されている。このため、本体ハウジング110およびユニットフレーム231が脆弱な樹脂で形成されていても、制振材232が良好に振動を制振することができる。   Further, a damping material 232 is mounted on the resin main body housing 110 and the unit frame 231 via rigid plates 233 and 234 made of metal and having high rigidity. For this reason, even if the main body housing 110 and the unit frame 231 are formed of fragile resin, the vibration damping material 232 can satisfactorily suppress vibration.

なお、本発明は本実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各種の変形を許容する。例えば、本実施の形態では圧電振動子210の圧電素子としてジルコン酸チタン酸鉛(PZT)などの圧電セラミック211を利用することを例示した。   The present invention is not limited to the present embodiment, and various modifications are allowed without departing from the scope of the present invention. For example, in the present embodiment, the piezoelectric ceramic 211 such as lead zirconate titanate (PZT) is used as the piezoelectric element of the piezoelectric vibrator 210.

しかし、圧電素子については、圧電効果を有する材料であれば、無機材料、有機材料ともに特に限定されず、電気機械変換効率が高い材料、例えば、チタン酸バリウム(BaTiO3)などの材料が使用できる。   However, the piezoelectric element is not particularly limited as long as it has a piezoelectric effect, and a material having high electromechanical conversion efficiency, for example, a material such as barium titanate (BaTiO 3) can be used.

また、上記形態では本体ハウジング110およびユニットフレーム231に、金属製で高剛性の剛性板233,234を介して制振材232が装着されていることを例示した。   Moreover, in the said form, the damping material 232 was attached to the main body housing 110 and the unit frame 231 via the rigid plates 233 and 234 made of metal and having high rigidity.

しかし、本体ハウジング110およびユニットフレーム231に、金属製で高剛性の剛性板233,234を介することなく制振材232が直接に装着されていてもよい(図示せず)。   However, the damping material 232 may be directly attached to the main body housing 110 and the unit frame 231 without using the metal-made high-rigidity rigid plates 233 and 234 (not shown).

さらに、図3に発振ユニットとして例示する電気音響変換器300のように、ユニットフレーム231の振動方向を方向規制機構310でユニット装着部111と接離する方向に規制してもよい。   Further, the vibration direction of the unit frame 231 may be restricted by the direction restricting mechanism 310 in the direction of coming into contact with and separating from the unit mounting portion 111 as in the electroacoustic transducer 300 illustrated as an oscillation unit in FIG.

このような方向規制機構310は、剛性板233,234の一方の側面に固定されていて他方の側面をスライド移動するガイド部材からなる。この場合、ユニットフレーム231が図中横方向に変位することが方向規制機構310で抑制されるので、本体ハウジング110に不快な振動やノイズが発生することを良好に防止することができる。   Such a direction regulating mechanism 310 is composed of a guide member that is fixed to one side surface of the rigid plates 233 and 234 and slides on the other side surface. In this case, displacement of the unit frame 231 in the horizontal direction in the figure is suppressed by the direction restricting mechanism 310, so that it is possible to satisfactorily prevent the body housing 110 from generating unpleasant vibration and noise.

また、図4に発振ユニットとして例示する電気音響変換器400のように、ユニットフレーム231の振動方向を規制する方向規制機構410を本体ハウジング110の裏面に接合してもよい。   Further, a direction regulating mechanism 410 that regulates the vibration direction of the unit frame 231 may be joined to the back surface of the main body housing 110 as in the electroacoustic transducer 400 illustrated as an oscillation unit in FIG.

この場合、方向規制機構410は、本体ハウジング110の裏面のみに接合してもよく、本体ハウジング110の裏面と図中上方の剛性板233の側面とのに両方に固定されていてもよい。   In this case, the direction regulation mechanism 410 may be joined only to the back surface of the main body housing 110, or may be fixed to both the back surface of the main body housing 110 and the side surface of the upper rigid plate 233 in the drawing.

また、上記形態では、電気機器として電気音響変換器200等で音声を出力する携帯電話機1000を想定した。しかし、電子機器として、発振装置である電気音響変換器200等と、この電気音響変換器200等から発振されて測定対象物で反射した超音波を検知する超音波検知部と、検知された超音波から測定対象物までの距離を算出する測距部と、を有するソナー(図示せず)なども実施可能である。   Moreover, in the said form, the mobile telephone 1000 which outputs an audio | voice with the electroacoustic transducer 200 grade | etc., Was assumed as an electric equipment. However, as an electronic device, an electroacoustic transducer 200 or the like that is an oscillation device, an ultrasonic detection unit that detects an ultrasonic wave that is oscillated from the electroacoustic transducer 200 or the like and reflected by an object to be measured, and a detected ultrasonic wave A sonar (not shown) having a distance measuring unit that calculates the distance from the sound wave to the measurement object can also be implemented.

なお、当然ながら、上述した複数の実施の形態および複数の変形例は、その内容が相反しない範囲で組み合わせることができる。また、上述した実施の形態では、各部の構造などを具体的に説明したが、その構造などは本願発明を満足する範囲で各種に変更することができる。   Needless to say, the above-described plurality of embodiments and the plurality of modifications can be combined within a range in which the contents do not conflict with each other. In the above-described embodiment, the structure of each part has been specifically described. However, the structure and the like can be variously changed within a range that satisfies the present invention.

110 本体ハウジング
111 ユニット装着部
112 音孔
200 電気音響変換器
210 圧電振動子
211 圧電セラミック
212,213 電極層
220 弾性振動板
231 ユニットフレーム
232 制振材
233 剛性板
234 剛性板
240 制御部
300 電気音響変換器
310 方向規制機構
1000 携帯電話機
110 Main body housing 111 Unit mounting portion 112 Sound hole 200 Electroacoustic transducer 210 Piezoelectric vibrator 211 Piezoelectric ceramic 212, 213 Electrode layer 220 Elastic vibration plate 231 Unit frame 232 Damping material 233 Rigid plate 234 Rigid plate 240 Control unit 300 Electroacoustic Converter 310 Direction restriction mechanism 1000 Mobile phone

Claims (10)

平板状のユニット装着部を有する本体ハウジングと、
圧電層の表面と裏面とに電極層が形成されている圧電振動子と、
弾発性を有して前記圧電振動子が装着されている振動部材と、
前記振動部材を支持するユニットフレームと、
前記圧電振動子を駆動して前記振動部材を発振させる発振駆動部と、
前記ユニット装着部の内面に前記振動部材が対向する状態で前記ユニットフレームと前記本体ハウジングとを連結して振動を減衰させる制振材と、
を有する電子機器。
A main body housing having a flat unit mounting portion;
A piezoelectric vibrator having electrode layers formed on the front and back surfaces of the piezoelectric layer;
A vibration member having elasticity and mounted with the piezoelectric vibrator;
A unit frame for supporting the vibrating member;
An oscillation drive unit for driving the piezoelectric vibrator to oscillate the vibration member;
A damping material that damps vibration by connecting the unit frame and the main body housing in a state where the vibration member faces the inner surface of the unit mounting portion;
Electronic equipment having
前記制振材は、前記本体ハウジングおよび前記ユニットフレームより弾性率が高く内部損失が大きい請求項1に記載の電子機器。   The electronic device according to claim 1, wherein the damping material has a higher elastic modulus and a larger internal loss than the main body housing and the unit frame. 前記本体ハウジングより高剛性の剛性板を介して前記制振材が前記ユニット装着部の内面に装着されている請求項1または2に記載の電子機器。   The electronic device according to claim 1, wherein the damping material is mounted on an inner surface of the unit mounting portion via a rigid plate that is higher in rigidity than the main body housing. 前記本体ハウジングが樹脂で形成されており、
前記剛性板が金属で形成されている請求項3に記載の電子機器。
The body housing is formed of resin;
The electronic device according to claim 3, wherein the rigid plate is made of metal.
前記ユニットフレームより高剛性の剛性板を介して前記制振材が前記ユニットフレームに装着されている請求項1ないし4の何れか一項に記載の電子機器。   5. The electronic device according to claim 1, wherein the damping material is attached to the unit frame via a rigid plate having rigidity higher than that of the unit frame. 前記ユニットフレームが樹脂で形成されており、
前記剛性板が金属で形成されている請求項5に記載の電子機器。
The unit frame is formed of resin;
The electronic device according to claim 5, wherein the rigid plate is made of metal.
前記ユニットフレームの振動方向を前記ユニット装着部と接離する方向に規制する方向規制機構を、さらに有する請求項1ないし6の何れか一項に記載の電子機器。   The electronic device according to claim 1, further comprising a direction regulating mechanism that regulates a vibration direction of the unit frame in a direction in which the unit frame is in contact with and separated from the unit mounting portion. 前記圧電振動子を駆動して前記振動部材に可聴域の音波を出力させる発振駆動部を有する請求項1ないし7の何れか一項に記載の電子機器。   The electronic apparatus according to claim 1, further comprising an oscillation drive unit that drives the piezoelectric vibrator to output an audible sound wave to the vibration member. 前記圧電振動子を駆動して前記振動部材に超音波を出力させる発振駆動部と、
前記発振装置から発振されて測定対象物で反射した前記超音波を検知する超音波検知部と、
検知された前記超音波から前記測定対象物までの距離を算出する測距部と、
を有する請求項1ないし7の何れか一項に記載の電子機器。
An oscillation drive unit that drives the piezoelectric vibrator to output ultrasonic waves to the vibration member;
An ultrasonic detector for detecting the ultrasonic wave oscillated from the oscillation device and reflected by the measurement object;
A distance measuring unit for calculating a distance from the detected ultrasonic wave to the measurement object;
The electronic device according to claim 1, comprising:
請求項1ないし9の何れか一項に記載の電子機器の発振ユニットであって、
圧電層の表面と裏面とに電極層が形成されている圧電振動子と、
弾発性を有して前記圧電振動子が装着されている振動部材と、
前記振動部材を支持するユニットフレームと、
前記ユニット装着部の内面に前記振動部材が対向する状態で前記ユニットフレームと本体ハウジングとを連結して振動を減衰させる制振材と、
を有する発振ユニット。
An oscillation unit for an electronic device according to any one of claims 1 to 9,
A piezoelectric vibrator having electrode layers formed on the front and back surfaces of the piezoelectric layer;
A vibration member having elasticity and mounted with the piezoelectric vibrator;
A unit frame for supporting the vibrating member;
A damping material that damps vibration by connecting the unit frame and the main body housing in a state where the vibration member faces the inner surface of the unit mounting portion;
An oscillation unit having
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