JP4630998B2 - スピーカ装置又はマイクロフォン装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧電フィルムを有するスピーカ装置又はマイクロフォン装置に関し、更に詳しくは、圧電フィルムが基板を備えており、この基板が装置機体と共通化されているスピーカ装置又はマイクロフォン装置に関する。

従来、圧電フィルムスピーカが内蔵された装置、例えば携帯情報端末機（携帯電話等）が知られている（特許文献１参照）。

特開２００３−２４４７９２号公報

このような圧電フィルムスピーカが内蔵された装置では、別体である圧電フィルム振動板が携帯情報端末機の筐体に支持固定された状態となっている。
そのため、全体的に薄型で軽量化され、更には、表示画面が拡大するために聞き取り性能が向上する。
圧電フィルム振動板を筐体に支持固定する構造としては、筐体の一部に溝を形成し、そこに圧電フィルム振動板の端部を嵌め込み上方から支持部材で押さえ固定する手法が採用されている。
この場合、圧電フィルム振動板は、常時、振動するために、携帯情報端末機の筐体との間の固定は確実に行わなければならない。
しかし、圧電フィルム振動板の端部を支持部材で押さえて固定する構造であることから、使用環境によっては両者の剥離の問題も生じ、必ずしも圧電フィルム振動板と筐体とは確実で強固な固定とはなっていない。
一方、製造工程においては、支持部材を使った固定構造を、確実に組み付ける必要がある。

本発明は、かかる背景技術をもとになされたもので、上記の問題点を克服できるものである。
すなわち、本発明は、基板を有する圧電フィルムを備えたスピーカ装置又はマイクロフォン装置において、圧電フィルムの基板と装置機体との支持固定が強固で確実となる装置を提供することを目的とする。

かくして、本発明者は、このような課題背景に対して鋭意研究を重ねた結果、意外にも装置筐体を圧電フィルムの基板と共通化することにより上記の問題点を解決することができることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成させたものである。

すなわち、本発明は、（１）、携帯電話に用いられ、基板を有する圧電フィルムを備えたスピーカ装置であって、装置の筐体の表面を一部、微削加工することにより薄く形成し、その底面を基板とし、圧電フィルムは、基板の上に、順次、下部電極層、絶縁層、圧電体層、上部電極層、保護層が形成されており、多数の孔を有する外覆板を筐体の上面に渡すように設け、圧電体層の膜厚が０．０５μｍ〜１００μｍであり、酸化膜からなる絶縁層の膜厚が５ｎｍ〜５００ｎｍであり、圧電体層と、上部電極層との接合割合が３０％〜１００％であり、圧電体層がペロブスカイト構造の複合酸化物又はウルツ鉱型構造の化合物であるスピーカ装置に存する。

また、本発明は、（２）、携帯電話に用いられ、基板を有する圧電フィルムを備えたマイクロフォン装置であって、装置の筐体の表面を一部、微削加工することにより薄く形成し、その底面を基板とし、圧電フィルムは、基板の上に、順次、下部電極層、絶縁層、圧電体層、上部電極層、保護層が形成されており、多数の孔を有する外覆板を筐体の上面に渡すように設け、圧電体層の膜厚が０．０５μｍ〜１００μｍであり、酸化膜からなる絶縁層の膜厚が５ｎｍ〜５００ｎｍであり、圧電体層と、上部電極層との接合割合が３０％〜１００％であり、圧電体層がペロブスカイト構造の複合酸化物又はウルツ鉱型構造の化合物であるマイクロフォン装置に存する。

なお、本発明の目的に沿ったものであれば、（１）から（１２）を適宜組み合わせた構成も採用可能である。

本発明によれば、従来と異なって、圧電フィルムの基板が装置筐体と共通化されているので、両者の結合が強固で確実となる。
また、製造時の組み付けミス等により支持固定が不完全となることが全くない。
また圧電フィルムの基板の振動が装置筐体に伝播するために、装置全体にスピーカ機能やマイクロフォン機能が拡大発揮できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る携帯電話を示している。
この実施形態の携帯電話Ａ（スピーカ装置）は、折り畳み式の携帯電話であり、液晶表示画面を有する蓋部１と操作ボタンを有する本体部２とを備えている。
液晶表示画面を有する蓋部１の上方の表面には、スピーカＳを備えている。
このスピーカＳは蓋部１のハウジングとなっている筐体１１の上方の空き領域に応じた十分な大きさとすることができる。
このスピーカＳは、振動する圧電フィルム３により形成されており、また圧電フィルム３は基板３１を有し、後述するように、この基板３１はスピーカ装置の筐体と共通化している。

図２は、圧電フィルム３を説明する断面図である。
なお、各層は区別するために示したものであり、層間の厚みの比が意味を持つものではない。）
この圧電フィルム３は、薄板状の基板３１を備えている。
基板３１上には、順次、下部電極層３２、圧電体層３３、絶縁層３４、上部電極層３５が形成され、また上部電極層３５の上面には保護層３６が形成されている。
この下部電極層３２及び上部電極層３５は装置の筐体１１に内蔵された制御回路（図示しない）等に接続されておりいわゆるスピーカとしての機能を発揮する。

基板３１の材質としては、装置の筐体１１の材質と同じである。
下部電極層３２及び上部電極層３５の材料としては、Ａｌ，Ｎｉ，Ｐｔ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ等の金属や合金の導電材料、又は金属酸化物若しくは金属窒化物の導電材料を用いることができる。
これら電極層３２，３５の形成方法は特に限定されるものではなく、例えば塗布処理、メッキ法、スパッタリング法又は真空蒸着法等の物理蒸着法を用いることができる。

圧電体層３３としては、圧電性を有する物質であれば特に限定されるものではないが、例えば、ペロブスカイト構造（ＡＢＯ_３）の複合酸化物を用いることができる。
ペロブスカイト系複合酸化物の上記Ａサイトとしては通常、Ｐｂ，Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｌａ，Ｌｉ，Ｂｉの中から選択される少なくとも１種の元素を採用することができる。
上記ＢサイトとしてはＴｉ，Ｚｒ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｍｇ，Ｃｏ，Ｗ，Ｎｂ，Ｓｂ，Ｔａ，Ｆｅの中から選択される少なくとも１種の元素を採用することができる。
このような複合酸化物の具体例としては、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３，ＰｂＴｉＯ_３，ＢａＴｉＯ_３，ＳｒＴｉＯ_３，（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３，ＬｉＮｂＯ_３等が挙げられる。

また、圧電体層３３の材料としては、上述した材料とは異なり、ウルツ鉱型構造の化合物を主成分とする材料を使っても良い。
ウルツ鉱型構造としては具体的には窒化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化インジウム、酸化ベリリウム、酸化亜鉛、硫化カドミウム、硫化亜鉛又はヨウ化銀等があり、これらの中から１種選択すれば良い。
圧電体層３３の形成方法としては、スパッタリング法、真空蒸着法、レーザーアブレーション法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法又はＭＯＣＶＤ法等が知られており、その中から好ましいものを宜選択することができる。

圧電体層３３の膜厚は通常、０．０５μｍ〜１００μｍが好ましく、中でも特に０．５μｍ〜３０μｍが好ましい。
すなわち、厚みが０．０５μｍ未満では圧電センサーとして用いた場合に十分な出力が得られにくく、逆に１００μｍを超えると柔軟性が乏しくなりクラックや剥離を引き起こす恐れがある。

絶縁層３４は、例えば、緻密な酸化膜とされ、下部電極層３２と上部電極層３５との短絡防止の役割を果たす。
酸化膜の厚みは、短絡を防止することができれば特に限定されないが、例えば５ｎｍ〜５００ｎｍの厚さが採用される。

保護層３６の材質としては、上部電極層を物理的損傷から保護することができる材料であれば良く、また、着色したり、模様を付することで、装置全体の意匠性を向上させることができる。
尚、絶縁層３４や保護層３６は上述の圧電体層３３の形成方法により、形成可能である。

図３は、圧電フィルム３を説明する断面図である。
図３に示す圧電フィルム３は、図２に示す圧電フィルム３と比べて、絶縁層３４が、上部電極層３５と圧電体層３３との間ではなく、圧電体層３３と下部電極層３２との間に形成されている点で異なる。

ところで、上述したように基板３１を有する圧電フィルム３は、スピーカ装置の筐体１１と共通化している。

図４は、圧電フィルム３の基板３１とスピーカ装置の筐体１１とが共通化されて両者が一体化している構造例を説明する概略図である。
図４の圧電フィルム３は、図２の圧電フィルム３の基板３１が筐体１１と共通化したものである。
通常、対象となる筐体１１の一部を薄く形成しておくか、又は筐体の表面を一部、微削加工することにより薄く形成しておき、その底面である基板３１の上に、順次、下部電極層３２、圧電体層３３、絶縁層３４、上部電極層３５、保護層３６を形成する。
この場合、多数の孔を有する外覆板を筐体の上面に渡すように設けることにより圧電フィルムへの損傷が確実に防止される。

図５は、圧電フィルム３の基板３１とスピーカ装置の筐体１１とが共通化されて両者が一体化している別の構造例を説明する概略図である。
図５の圧電フィルム３は、図３の圧電フィルム３の基板３１が筐体１１と共通化したものである。
筐体１１の底面である基板３１の上に、順次、下部電極層３２、絶縁層３４圧電体、層３３、上部電極層３５、保護層３６を形成する。
以上、圧電フィルム３をスピーカ装置として使用する場合について説明してきたが、同様に圧電フィルム３をマイクロフォン装置として使用する場合にも、同様な構造を採用することができる。

図６は、携帯電話Ｂの本体部２の操作ボタンの下方の表面にマイクロフォンＭを備えている例を示す概略図である。
このマイクロフォンＭは、圧電フィルム３により形成されており、圧電フィルム３は基板を有し基板はマイクロフォン装置の筐体と共通化している。
この場合の圧電フィルム３も、基板の上に、順次、下部電極層３２、圧電体層３３、絶縁層３４、上部電極層３５、保護層３６が形成されているものや、基板の上に、順次、下部電極層３２、絶縁層３４、圧電体層３３、上部電極層３５、保護層３６が形成されているもの等があり、その共通化のための構造も、図４及び図５で示したスピーカ装置におけるものと同じである。

以上、本発明を説明してきたが、本発明は上述した一実施形態にのみ限定されるものではなく、その本質を逸脱しない範囲で、他の種々の変形が可能であることはいうまでもない。
本実施形態の圧電フィルム３は、実施の形態で述べたように、基板３１、上下電極層３２，３５、絶縁層３４の各層同士が全面で接合されているものであるが、必ずしも各層の大きさ（すなわち、この場合は面積をいう）は同じでなくても良い。
そのため圧電体層と電極層との接合割合（すなわち、圧電体層全面積に対する電極層の面積）を、適宜選択することができ、スピーカ又はマイクロフォンとしての性能を適宜変更することができる。
この接合割合は、接合強度の観点から３０％〜１００％とすることが好ましい。

本発明は、圧電フィルムが基板を備えており、この基板が装置機体と共通化されているスピーカ装置又はマイクロフォン装置に関するものであるが、これらの装置としては、携帯電話に限らず、音響機器、医療機器等の他の分野における適用が当然可能である。

図１は本発明の一実施形態のスピーカ装置である携帯電話を示している。 図２は、圧電フィルムを説明する断面図である。 図３は、圧電フィルムを説明する断面図である。 図４は、圧電フィルムの基板とスピーカ装置の筐体とが共通化されて両者が一体化している構造例を説明する概略図である。 図５は、圧電フィルムの基板とスピーカ装置の筐体とが共通化されて両者が一体化している別の構造例を説明する概略図である。 図６は本発明の一実施形態のマイクロフォン装置である携帯電話を示している。

符号の説明

１ 蓋部
１１ 筺体
２ 本体部
３ 圧電フィルム
３１ 基板
３２ 下部電極層
３３ 圧電体層
３４ 絶縁層
３５ 上部電極層
３６ 保護層
Ａ 携帯電話（スピーカ装置）
Ｂ 携帯電話（マイクロフォン装置）
Ｓ スピーカ
Ｍ マイクロフォン

Claims (2)

1. 携帯電話に用いられ、基板を有する圧電フィルムを備えたスピーカ装置であって、
   装置の筐体の表面を一部、微削加工することにより薄く形成し、その底面を基板とし、
   前記圧電フィルムは、前記基板の上に、順次、下部電極層、絶縁層、圧電体層、上部電極層、保護層が形成されており、
   多数の孔を有する外覆板を前記筐体の上面に渡すように設け、
   前記圧電体層の膜厚が０．０５μｍ〜１００μｍであり、
   酸化膜からなる前記絶縁層の膜厚が５ｎｍ〜５００ｎｍであり、
   前記圧電体層と、前記上部電極層との接合割合が３０％〜１００％であり、
   前記圧電体層がペロブスカイト構造の複合酸化物又はウルツ鉱型構造の化合物であるスピーカ装置。
2. 携帯電話に用いられ、基板を有する圧電フィルムを備えたマイクロフォン装置であって、
   装置の筐体の表面を一部、微削加工することにより薄く形成し、その底面を基板とし、
   前記圧電フィルムは、前記基板の上に、順次、下部電極層、絶縁層、圧電体層、上部電極層、保護層が形成されており、
   多数の孔を有する外覆板を前記筐体の上面に渡すように設け、
   前記圧電体層の膜厚が０．０５μｍ〜１００μｍであり、
   酸化膜からなる前記絶縁層の膜厚が５ｎｍ〜５００ｎｍであり、
   前記圧電体層と、前記上部電極層との接合割合が３０％〜１００％であり、
   前記圧電体層がペロブスカイト構造の複合酸化物又はウルツ鉱型構造の化合物であるマイクロフォン装置。

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