JP2013531877A

JP2013531877A - 電子機器のノイズ抑制構造及びその方法

Info

Publication number: JP2013531877A
Application number: JP2013509439A
Authority: JP
Inventors: 惠敏陳
Original assignee: 惠敏陳
Priority date: 2010-05-10
Filing date: 2011-05-09
Publication date: 2013-08-08
Also published as: CN102245008B; US20130002104A1; CN102245008A; WO2011140962A1

Abstract

【課題】電子機器のノイズ抑制構造及びその方法の提供。
【解決手段】電子機器のノイズ抑制構造及びその方法を提供し、該ノイズ抑制構造の主要成分は、酸化ゲルマニウム、相安定剤とする少なくとも１種の酸化物であり、均一に混合した後、高温で焼成してセラミック化し形成し、該ノイズ抑制構造は電子機器の外周、或いは表面を覆うことによりノイズを抑制することを達成した。
【選択図】図１

Description

本発明は電子機器のノイズ抑制構造、及びその構造を利用し、騒音抑制を達成する方法に関する。

ここ数年、デジタル電信設備は驚くべき進歩を遂げている。特に携帯電話、デジカメ、或いはノートPCは、代表的なポータブル電子設備だろう。これら製品は日進月歩で進歩しており、作動信号を高周波化し、小型化及び軽量化することが求められている。そのため、電子パーツ、或いは回路基板の高密度実装が、このタイプの製品にとって最大の技術的課題となっている。

電子設備の電子パーツ或いは回路基板の高密度実装と作動信号の高周波化においては、ノイズを発するパーツと他のパーツとの間に距離を開けるよう適切に設計できないため、電子回路、回路基板、或いはエレクトリックコネクター部品において、電子設備(マイクロプロセッサー、LSI、エレクトリックコネクター、或いは液晶パネルなど)が発する放射電磁ノイズを抑制するノイズ抑制装置を接着する。
しかし、使用時に、ノイズ抑制装置から発生する反射波が大き過ぎれば、反射波は、回路が伝送する信号に対して干渉し、そのためエラーを引き起こす恐れがある。

また、プレーヤー、アンプ、スピーカー、マイク、ヘッドフォン、ポータブル通信機器、サウンドカード、オーディオ設備、電子映像機器、電気信号伝送導線などの伝統的なオーディオコンポーネント(Audio component)或いは設備(device)において、それが伝送する電子信号は、外部環境(周囲環境の空気)中の高周波(RF)、静電(static electricity)、放射線(radiation)、或いは機体内伝送線、電子部品、或いは配線が発生するノイズなどの影響を極めて受け易い。
これにより、最後に発生する信号の品質は、大幅に低下し、或いは歪みが生じてしまう。

一般の音響設備の電子信号は、オーディオコンソール内部回路の処理を経て、伝送線により、外部のスピーカーへと伝送される。その過程において、内部回路及び伝送線は共に、抵抗効果、キャパシター効果、インダクター効果を備えるため、伝送回路中で熱を発生する。もしこの時、良好な散熱、或いは貯熱を低下させるメカニズムを提供することができなければ、この発熱現象により、回路中の電子信号は伝送において減衰を生じ、歪み及び騒音の現象を引き起こしてしまう。

また、前記のような外部環境の影響、及び設備内部の電子部品、或いは配線が生じる貯熱の影響により、電子機器が出力する電子信号は、さまざまな強度及び数量のノイズを伴い、これにより信号出力の品質は低下する。
上記した欠点は、高い伝導効率を備え、良好なシールド(shield)保護機能を備える伝送線を使用することで、改善することはできるが、そのような特殊な線材は製造コストが高く、一般的な製品に広く用いることはできない。
本発明は、従来の電子機器のノイズ抑制構造及びその方法の上記した欠点に鑑みてなされたものである。

本発明が解決しようとする課題は、製造が簡便で、製造コストが低廉な騒音抑制構造を利用し、これを電子機器上に応用し、回路のノイズを削減、或いは抑制することができ、これにより電子機器、或いはその回路が伝送する電信信号の品質を高めることができる電子機器のノイズ抑制構造及びその方法を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明は下記の電子機器のノイズ抑制構造及びその方法を提供する。
電子機器のノイズ抑制方法に用いる電子機器のノイズ抑制構造は、電子機器の周囲を、酸化ゲルマニウムセラミック体で覆って遮蔽し、
該酸化ゲルマニウムセラミック体は、酸化ゲルマニウム、相安定剤とする少なくとも１種の酸化物を均一に混合後、焼成して形成するセラミック包覆体で、
該他の酸化物は、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、三酸化イットリウム、或いはその混合物により構成し、
電子機器のノイズ抑制構造の組成は、酸化ゲルマニウムが８０〜９９wt%で、他の酸化物が１〜２０wt%で、
該他の酸化物は、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、或いは三酸化イットリウムで、また酸化カルシウム、酸化マグネシウム、三酸化イットリウム中の少なくとも２種の混合により組成することができ、
該セラミック包覆体は、嵌合部品、被覆部品、或いは包覆部品で、その構造形態は、片状体、柱状体、棒状体、針状体、粉状体、中空円柱状、或いは中実円柱状で、
電子機器のノイズ抑制構造は、回路ノイズ抑制構造により、回路周辺、或いは表面を遮蔽して達成し、
該電子機器のノイズ抑制構造は、以下のステップを経て製造、提供され、
酸化ゲルマニウム材料(粉末でも可)の重量パーセンテージは、８０〜９９％で、
酸化物である相安定剤材料(粉末でも可)の重量パーセンテージは、１〜２０％で、
該２種の材料を均一に混合後、高温焼成ステップにより、セラミック化し、酸化ゲルマニウムセラミック体を形成し、
該焼成ステップは順番に、ヒーティングステップ、温度固定ステップ、クーリングステップを含み、
該ヒーティングステップでは、８〜１４時間の間に、プロセス温度を、室温から１１７０℃〜１８５０℃の間まで上げ、
該温度固定ステップでは、プロセス温度を、１１７０℃〜１８５０℃のある固定温度に、約１〜４時間の間維持し、
該クーリングステップでは、１１〜１５時間かけて、プロセス温度を１１７０℃〜１８５０℃から、室温まで下げ、
高温焼成後に、成型した酸化ゲルマニウムセラミック体に圧力を加えて砕き粉末状にすることができ、
該高温焼成前に、混合後の材料をプレス成型し、嵌合部品或いは包覆部品の形態を形成するステップを執行可能である。

本発明の電子機器のノイズ抑制構造及びその方法は、以下の長所を備える。
１.電子機器のノイズ抑制構造は、電子機器の外周、或いは表面に簡便に設置でき、該電子機器付近を通過するノイズに対して、削減或いは抑制の作用を生じることができる。
２.電子機器のノイズ抑制構造は、電子機器の回路が導通すると、遠赤外線、及び共振現象を生じ、熱伝導効率を拡大し、これにより電子設備内部の電子部品と配線などの貯熱の散逸を促進することができ、こうして貯熱が原因で起きる、電子機器の回路の、信号伝送過程におけるノイズ発生を低下させ、或いは抑制でき、すなわち回路が伝送する電子信号の品質を高めることができる。
３.電子機器のノイズ抑制構造の製造は簡便で、製造コストは低廉で、よってより幅広い範囲に応用可能で、一般的な電子製品に広く運用することができる。

本発明電子機器のノイズ抑制構造を、伝送線に応用する様子を示す応用模式図である。本発明電子機器のノイズ抑制構造を、回路板に応用する様子を示す応用模式図である。デジタル電子信号の試験システムにおいて、本発明電子機器のノイズ抑制構造を使用しない状態における試験結果を示す波形図である。図３Ａに示す試験システムにおいて、本発明電子機器のノイズ抑制構造を使用した状態における試験結果を示す波形図である。アナログ電子信号の試験システムにおいて、本発明電子機器のノイズ抑制構造を使用しない状態のエネルギー−時間−周波数の共同分析図である。アナログ電子信号の試験システムにおいて、本発明電子機器のノイズ抑制構造を使用した状態のエネルギー−時間−周波数の共同分析図である。

以下に図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。

本発明電子機器のノイズ抑制方法は、電子機器の周囲を、酸化ゲルマニウムセラミック体で覆って遮蔽し、形成する。
酸化ゲルマニウムセラミック体は、酸化ゲルマニウムを、割合に従い他の酸化物と結合させ、焼結して形成したセラミックで、そのため、その物理特性(磁性、或いは周波数など)は変化を起こしている。
使用者が、ノイズ抑制構造体を、回路周辺、或いは表面に設置すると、この電子機器付近を通るノイズに対して、削減、或いは抑制作用を生じることができる。
しかも、ノイズ抑制構造を利用し、電子機器の回路を導通させると同時に、遠赤外線を発生し、こうして散熱を促進し、ノイズを低下させる効果を達成することができる。
こうしてさらに、電子機器の回路が伝送する電子信号の品質を向上させる目的を達成することができる。

本発明の電子機器のノイズ抑制構造及びその方法は、一般の回路(回路板、及び配線関連部品を含む)、映像信号処置或いは伝送の部品或いは設備、及びプレーヤー、アンプ、スピーカー、マイク、ヘッドフォン、ポータブル通信機器、サウンドカード、オーディオ設備、電子映像機器、電気信号伝送導線など回路などのオーディオコンポーネント(Audio component)、或いは設備(device)に適用することができる。
以下では、オーディオ部品を例として、詳細な説明を行う。
音声電子信号の処理/伝送と映像信号の処理/伝送には、共通点があるため、オーディオ領域の電子信号ノイズ抑制器に適用でき、映像システムにも適用することができる。
よって、ここではこれ以上の詳述は行わない。

本発明の実施例において、ノイズ抑制の構造は、酸化ゲルマニウムセラミック体からなる。
酸化ゲルマニウムセラミック体は、酸化ゲルマニウム(ZrO₂)を主とし、三酸化イットリウム(Y₂O₃)、酸化カルシウム(CaO)、酸化マグネシウム(MgO)などの他の酸化物、或いはその混合物を、その相安定剤成分の一つとして含む。
さらに、本発明ノイズ抑制構造は、上記した成分の他に、他の成分を含むこともできる。
上記した各種成分は列記したが、それは各成分の特性が相同、或いは類似しているという訳ではなく、実際には、各種成分はそれぞれ別の特性を備える。

本発明の数種の実施例に基づけば、本発明の電子機器のノイズ抑制構造中の酸化ゲルマニウムセラミック体は、以下の重量パーセンテージ(wt%)で可能である。
第一実施例：酸化ゲルマニウム80〜99、酸化マグネシウム1〜20
第二実施例：酸化ゲルマニウム80〜99、酸化カルシウム1〜20
第三実施例：酸化ゲルマニウム80〜99、三酸化イットリウム1〜20
第四実施例：酸化ゲルマニウム80〜99、酸化マグネシウム1〜19
三酸化イットリウム1〜19
第五実施例：酸化ゲルマニウム80〜99、酸化マグネシウム1〜19
三酸化イットリウム1〜19
第六実施例：酸化ゲルマニウム80〜99、酸化カルシウム1〜19、
三酸化イットリウム1〜19
第七実施例：酸化ゲルマニウム80〜99、酸化マグネシウム1〜19
酸化カルシウム1〜18、三酸化イットリウム1〜18

上記した各実施例に基づき、電子機器のノイズ抑制構造の製造工程は以下の通りである。
先ず、上記した成分の少なくとも一部、或いは全部の材料を選択し、割合に基づき、均一に混合する。
次に、混合した材料をプレスし必要な形状(薄片など)とする。
このステップは、金型、或いは加工機具を用い、均一に混合後の材料をプレスして、各種形状の成型材料とすることができる。
応用の必要に基づき、その形状は、環状、片状(薄片状、弧状を呈する片状、平坦片状)、棒状、針状、中空円柱状、中実円柱状、顆粒状、或いは他の幾何形状とすることができる。
続いて、各成型形態を高温の炉(トンネル形電気炉など)に入れ、高温焼成しセラミック化する。
こうして、電子機器のノイズ抑制構造体の製造が完成する。

上記した実施例において、高温焼成のステップは順番に、ヒーティングステップ(heating stage)、温度固定ステップ(steady temperature stage)、クーリングステップ(cooling stage)である。
ヒーティングステップにおいては、高温炉内のプロセス温度を、８〜１４時間の間に、室温から１１７０℃〜１８５０℃の間の高温まで上げる。
続いての温度固定ステップでは、１〜４時間、高温炉内のプロセス温度を、１１７０℃〜１８５０℃に固定する。
最後に、クーリングステップを行い、約１１〜１５時間かけて、温度を上記した１１７０℃〜１８５０℃のプロセス温度から、室温まで下げる。
こうして、本発明電子機器のノイズ抑制構造体の焼成を完成させる。

上記した実施例中において、プロセス高温１１７０℃〜１８５０℃は、好ましい焼成温度で、実際の操作においては、この温度に限定するものではなく、酸化ゲルマニウム及び他の混合成分(他の酸化物など)に、十分なセラミック化を起こさせることができる温度範囲であるなら、本発明に開示するプロセス高温に属するものとする。
上記した高温焼成を経たノイズ抑制構造体は、電子機器、回路、或いは配線の周辺に直接嵌めて設置、或いは接着させて設置することができる。
また、必要に応じて、研磨して粉末状とし、電子信号ノイズの抑制が必要な電子機器、或いは回路表面に塗布することができる。
さらに、これら高温焼成した粉末を、接着剤、或いはテープにより、回路板上の回路表面、或いは線材、或いは線材端部のコネクターの外表面など電子信号ノイズの抑制が必要な電子機器、或いは回路表面に粘着することができる。

図１は、本発明電子機器のノイズ抑制構造の実際の応用状況を示す。
図１に示すように、本発明電子機器のノイズ抑制構造１０は、一般の伝送線２０周辺に、嵌合部品、或いは包覆部品の形式(環状カバー状、或いはフレキシブル薄片など)で設置することができる。
さらに、図示のように、環状にプレスし、伝送線２０の端部、或いは中間部分に、それぞれ嵌めて固定する。
伝送線２０の両端は、電気製品本体(オーディオ機器本体など)及び外付けのアンプ、或いはスピーカーと接続する。
ノイズ抑制構造１０を使用することで、既にセラミック化した電子機器のノイズ抑制構造１０は、電子機器の回路が導通する時、共振或いは散熱効果を生じるため、伝送線２０で電子信号を伝送する際に、伝送線２０付近のノイズに対して、効果的に低下させ、或いは抑制する作用を生じる。
例えば、電子機器のノイズ抑制構造１０を、オーディオ本体とアンプを連接する伝送線２０上に設置すれば、小さな信号範囲の電子信号においては、電子機器のノイズ抑制構造１０を通して、音声電子信号のノイズをろ過してくれる。
また、電子機器のノイズ抑制構造１０を、アンプとスピーカーを連接する伝送線２０上に設置するなら、アンプの処理を経た後の電子信号は、電子機器のノイズ抑制構造１０を通過し、電子信号波形のノイズ部分がろ過され、続いて、この電子信号は、スピーカーに送られる。

図２は、本発明電子機器のノイズ抑制構造１０を、回路板３０に応用する様子を示す応用模式図である。
図２に示すように、紐状、或いは片状にプレスされた電子機器のノイズ抑制構造１０Aを、回路板３０入力端のコネクター３１及び出力端のコネクター３２の位置に固着、或いは粘着する。
これにより、回路板３０内の電子信号のノイズをろ過、或いは抑制することができる。
ノイズ抑制構造１０の運用範囲を拡大するため、実施に当たってはさらに、ノイズ抑制構造１０の形態は、板状、紐状、片状、或いは粉末状とすることができ、しかも回路板３０上のIC回路、金属ワインディング、回路などの表面にそれぞれ応用することができる。

本発明の電子機器のノイズ抑制構造１０が、電子機器のノイズ抑制効果を確実に達成できることを証明するため、本発明人は、米国Audio Precision社製造のオーディオプレシジョンシステム(Audio Precision System)を利用し、本発明使用前後のノイズ強度に対して比較試験を行った。
図３Ａ、図３Ｂは、本発明電子機器のノイズ抑制構造１０の、デジタル信号に対する試験結果を示す。
図３Ａは、本発明電子機器のノイズ抑制構造１０を使用しない状態について示し、図３Ｂは、本発明電子機器のノイズ抑制構造を使用した状態について示す。
先ず、コンピューターにより、デジタル電子信号を、第一伝送線、及びUSB(Universal Serial Bus)(図示なし)を用いて、MP3プレーヤーに伝送する。
次に、MP3プレーヤーの再生処理を経て、アナログ電子信号を生じ、アンプを経て拡大し、第二伝送線を通って、オーディオプレシジョンシステムに伝送し、信号の周波数を分析する。
分析データは、コンピューターに伝送される。

図３Ａ(電子機器のノイズ抑制構造１０を未使用)と図３Ｂ(電子機器のノイズ抑制構造１０を、USB上に結合)を比較したところ、本発明の電子機器のノイズ抑制構造１０を使用後の、ノイズ強度が明らかに低いことが分かった。
両者の差異をより詳細に比較するため、以下の表１では、図３Ａと図３Ｂのテストデータの一部を示す。

表１に示すように、電子機器のノイズ抑制構造１０を使用した時の、ノイズ強度は、未使用時のノイズ強度よりも非常に低い。

図４Ａ、図４Ｂは、本発明電子機器のノイズ抑制構造１０の、アナログ電子信号に対する試験結果を示す。それは、コンピューター制御の音声(周波数)試験機器(イタリア製のIEA EA-Z Electro-Acoustic Integrated Systemを採用)の信号発生器を用い、アナログ電子信号を出力する。さらに、第一伝送線を経由して、アナログ信号をコンピューター(すなわち、本発明の電子機器のノイズ抑制構造１０を設置する位置)へと伝送された後、第二伝送線を経て、音声(周波数)試験機器に伝送され、エネルギー−時間−周波数の共同分析を行い、分析データをコンピューターに伝送する。
図４Ａは、本発明電子機器のノイズ抑制構造１０を使用しない状態を示す。その周波数帯の範囲が、５００から７０００Ｈｚである時、エネルギーは−４１．８dBVである。これに対して、図４Ｂは、本発明電子機器のノイズ抑制構造を使用した状態を示す。図に明らかなように、その周波数帯の範囲が、３００〜８０００Ｈｚまで拡大したとしても、そのエネルギーはわずかに−４３．８dBVに過ぎない。すなわち、本発明のノイズ抑制構造１０を使用したことで、動態エネルギー量の変化を確実に低下させられ、エネルギー消耗を減らすことができ、音声信号(音声アナログ信号)の明晰度を改善することができる。

上記データは、本発明電子機器のノイズ抑制構造１０を使用することで、回路或いは配線のノイズを明らかに低下させられ、音声をよりはっきりと響かせることができることを証明している。

上記の本発明名称と内容は、本発明技術内容の説明に用いたのみで、本発明を限定するものではない。本発明の精神に基づく等価応用或いは部品(構造)の転換、置換、数量の増減はすべて、本発明の保護範囲に含むものとする。

本発明は特許の要件である新規性を備え、従来の同類製品に比べ十分な進歩を有し、実用性が高く、社会のニーズに合致しており、産業上の利用価値は非常に大きい。

Claims

電子機器のノイズ抑制構造は、電子機器の周囲を、酸化ゲルマニウムセラミック体で覆って遮蔽し、
前記酸化ゲルマニウムセラミック体の主要成分は、酸化ゲルマニウム、相安定剤とする少なくとも１種の酸化物を含み、各成分を均一に混合し、高温で焼成してセラミック化し形成することを特徴とする電子機器のノイズ抑制構造。
前記相安定剤とする酸化物は、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、三酸化イットリウム、或いはその混合物の粉末であることを特徴とする請求項１に記載の電子機器のノイズ抑制構造。
前記各成分の組成と重量パーセンテージは、酸化ゲルマニウムが８０〜９９wt%で、相安定剤が１〜２０wt%であることを特徴とする請求項１に記載の電子機器のノイズ抑制構造。
前記相安定剤は、酸化マグネシウムであることを特徴とする請求項３に記載の電子機器のノイズ抑制構造。
前記相安定剤は、酸化カルシウムであることを特徴とする請求項３に記載の電子機器のノイズ抑制構造。
前記相安定剤は、三酸化イットリウムであることを特徴とする請求項３に記載の電子機器のノイズ抑制構造。
前記相安定剤は、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、三酸化イットリウム中の少なくとも２種の混合により組成することを特徴とする請求項３に記載の電子機器のノイズ抑制構造。
前記酸化ゲルマニウムセラミック体は、電子機器外側を被覆する嵌合部品、或いは包覆部品であることを特徴とする請求項１或いは２或いは３に記載の電子機器のノイズ抑制構造。
前記酸化ゲルマニウムセラミック体は、片状体であることを特徴とする請求項１或いは２或いは３に記載の電子機器のノイズ抑制構造。
前記酸化ゲルマニウムセラミック体は、柱状体であることを特徴とする請求項１或いは２或いは３に記載の電子機器のノイズ抑制構造。
前記酸化ゲルマニウムセラミック体は、粉状体であることを特徴とする請求項１或いは２或いは３に記載の電子機器のノイズ抑制構造。
電子機器のノイズ抑制構造は、電子機器、或いはその回路周辺、或いは表面を遮蔽して達成し、
前記電子機器のノイズ抑制構造は、以下のステップを経て製造、提供され、
酸化ゲルマニウム材料の重量パーセンテージは、８０〜９９％で、
酸化物である相安定剤材料の重量パーセンテージは、１〜２０％で、
前記２種の材料を均一に混合後、高温焼成ステップにより、セラミック化し、酸化ゲルマニウムセラミック体を形成することを特徴とする電子機器のノイズ抑制方法。
前記焼成ステップは順番に、ヒーティングステップ、温度固定ステップ、クーリングステップを含むことを特徴とする請求項１２に記載の電子機器のノイズ抑制方法。
前記ヒーティングステップでは、８〜１４時間の間に、プロセス温度を、室温から１１７０℃〜１８５０℃の間まで上げることを特徴とする請求項１３に記載の電子機器のノイズ抑制方法。
前記温度固定ステップでは、プロセス温度を、１１７０℃〜１８５０℃の固定温度に、１〜４時間の間維持することを特徴とする請求項１３に記載の電子機器のノイズ抑制方法。
前記クーリングステップでは、１１〜１５時間かけて、プロセス温度を１１７０℃〜１８５０℃から、室温まで下げることを特徴とする請求項１３に記載の電子機器のノイズ抑制方法。
前記高温焼成前に、混合後の材料をプレス成型し、嵌合部品或いは包覆部品の形態を形成するステップを執行することを特徴とする請求項１２〜１６中の任意の１項に記載の電子機器のノイズ抑制方法。
前記高温焼成した酸化ゲルマニウムセラミック体は、圧力を加えて砕き、粉末状とすることができることを特徴とする請求項１５に記載の電子機器のノイズ抑制方法。