JP5054749B2 - エレクトレット電気音響変換器を備えた電子機器 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照：この出願は、２００８年１０月３１日出願の台湾国特許出願０９７１４１９２１号に基づく優先権を主張しており、この参照により、上記台湾出願の全開示内容が本明細書に組み入れられる。

本発明は、電気音響変換器、殊にエレクトレット電気音響変換器を備えた電子機器に関する。

スピーカは音を作り出す手段の１つである。スピーカが音を発する原理は、電気信号によってスピーカの振動板を動かして空気を押すことにある。現在、スピーカは、携帯電話、個人用デジタル補助装置（ＰＤＡ）、ラップトップコンピュータ等の音出力機能をもつ電子機器に広く使用されている。

一般的なスピーカの１つに、所謂ダイナミックスピーカがある。ダイナミックスピーカが音を発する原理は、音声コイルに電流を流して磁界を発生させることにある。磁界が発生すると、音声コイルは、スピーカのフレームに固定された永久磁石からの磁界に反応するようになり、これにより、音声コイルに取り付けられた振動板が振動する。このようなダイナミックスピーカは、非常に良質の音を出力できるものの、共鳴室が大きいために、かなりの厚みを有することになる。従って、ダイナミック型スピーカを上記のような携帯電子機器に用いると、電子機器を薄型化できない。

本発明は、エレクトレット電子音響変換器を備えた電子機器を提供するものである。本発明の電子機器のエレクトレット電子音響変換器は、従来のダイナミックスピーカに比べて厚みが著しく薄い。このため、電子機器内部の利用可能空間を広げることができる。

第１実施例において、本発明のエレクトレット電子音響変換器を備えた電子機器は、筐体を備え、筐体は、その内壁面から外壁面まで貫通する複数の開口を有する。電子音響変換器は、前記筐体の内壁面に設けられる。前記電子音響変換器は、前記筐体の内壁面に配置された第１エレクトレット振動板を備えている。前記第１エレクトレット振動板は、第１膜本体と前記第１膜本体の下面に形成された第１電極層とを有する。第１膜本体は誘電体から形成され、静電荷を帯びている。複数の開口を有する第１導電板が、電極として、前記第１膜本体の上面に重ねて設けられる。さらに、前記第１エレクトレット振動板と前記第１導電板との間には、これらを所定の間隔に保つ少なくとも１つの第１スペーサが設けられる。

第２実施例において、電子音響変換器を備えた電子機器は、第１実施例の電子機器と比較した場合、更に、電極として機能する第２導電板を備えている。第２導電板は、前記第１導電板に重ねて設けられ、複数の開口を有する。第１導電板と第２導電板の間には、通気性のある多孔薄膜から形成された絶縁層が設けられる。さらに、第２エレクトレット振動板が第２導電板上に重ねて設けられる。第２エレクトレット振動板は、第２膜本体と前記第２膜本体の上面に形成された第２電極層とを有する。第２膜本体は誘電体から形成され、静電荷を帯びている。消音層が前記第２電極層に取り付けられている。さらに、前記第２エレクトレット振動板と第２導電板との間に、これらを所定の間隔に保つ少なくとも１つの第２スペーサが設けられている。

第３実施例において、本発明のエレクトレット電子音響変換器を備えた電子機器は、筐体を備え、筐体は、その内壁面から外壁面まで貫通する複数の開口を有する。電子音響変換器は、前記筐体の内壁面に設けられている。前記電子音響変換器は、電極としての導電板が前記筐体の内壁面に配置され、導電板は複数の開口を備えている。エレクトレット振動板は、前記導電板に重ねて設けられ、膜本体と前記膜本体の上面に形成された電極層とを有する。膜本体は誘電体から形成され、静電荷を帯びている。さらに、前記エレクトレット振動板と前記導電板との間には、これらを所定の間隔に保つ少なくとも１つのスペーサが設けられている。消音層が前記電極層に取り付けられる。

第４実施例において、電子音響変換器を備えた電子機器は、第３実施例の電子機器と実質的に同じである。第３実施例と相違する点は、第４実施例の電子機器の電子音響変換器では、第３実施例の導電板に代えて導電層を筐体の内壁面に被膜として形成することである。

上記ならびにその他の本発明の目的、特徴および特長は、添付図面を参照して以下に述べる詳細な説明から容易に明らかになるであろう。

本発明の電子機器を示す斜視図である。 本発明の第１実施例による電子音響変換器を備えた電子機器を示す断面図であり、背面カバーが電子機器本体から外された状態を示す。 本発明の第１実施例による電子音響変換器を備えた電子機器を示す断面図であり、背面カバーが電子機器本体に取り付けられた状態を示す。 本発明の第２実施例による電子音響変換器を備えた電子機器を示す断面図であり、背面カバーが電子機器本体から外された状態を示す。 本発明の第２実施例による電子音響変換器を備えた電子機器を示す断面図であり、背面カバーが電子機器本体に取り付けられた状態を示す。 本発明の第３実施例による電子音響変換器を備えた電子機器を示す断面図であり、背面カバーが電子機器本体から外された状態を示す。 本発明の第３実施例による電子音響変換器を備えた電子機器を示す断面図であり、背面カバーが電子機器本体に取り付けられた状態を示す。 本発明の第４実施例による電子音響変換器を備えた電子機器を示す断面図であり、背面カバーが電子機器本体から外された状態を示す。 本発明の第４実施例による電子音響変換器を備えた電子機器を示す断面図であり、背面カバーが電子機器本体に取り付けられた状態を示す。

図１、図２ａおよび図２ｂに示すように、本発明の第１実施例による電子音響変換器を備えた電子機器１００は筐体１１０を有し、筐体１１０は、その内壁面１１２から外壁面１１８まで貫通する多数の開口１１４を有する。筐体１１０の内壁面１１２に電子音響変換器１８０が設けられている。電子音響変換器１８０はエレクトレット振動板１２０を備えており、エレクトレット振動板１２０は筐体１１０の内壁面１１２に配置されている。またエレクトレット振動板１２０は、膜本体１２２と、この膜本体１２２の下面に形成された電極層１２４とを含む。膜本体１２２は、誘電体から作られており、静電荷を帯びている。膜本体１２２は、厚さ７μmから２５μmであり、電極層１２４は厚さ０．０５μmから１μmである。電極として機能する導電板１４０が膜本体１２２の上面に重ねて設けられている。導電板１４０は、筐体１１０の開口１１４に対応する複数の開口１４２を有する。導電板１４０の厚さは０．１mmから１mmであり、導電板１４０における開口１４２の開口率は２０％より大きい。さらに、エレクトレット振動板１２０と導電板１４０との間には、少なくとも１つのスペーサ１５０が設けられており、エレクトレット振動板１２０と導電板１４０の間隔を一定に保っている。スペーサ１５０は互いに５mmから２０mmの間隔を置いて設置され、その高さは１００μmから４００μmである。

膜本体１２２を帯電させるために、元来静電荷を帯びていない膜本体１２２を分極化処理する必要がある。例えば、電極層１２４を膜本体１２２に形成した後に、コロナ帯電処理を用いて膜本体１２２を分極化することで、静電荷を膜本体１２２の内部および表面に発生させることができる。膜本体１２２に適した材料としては、フッ素化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）、ポリテトラフルオロエテン（ＰＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、またはその他のフッ化物重合体が挙げられる。さらに、エレクトレット振動板１２０は、そのエッジを固定して移動しないようにする必要がある。本実施例の電子音響変換器１８０を作動させるには、元の音信号と同位相の電気信号および逆位相の電気信号とを、すなわち差動信号を、それぞれ導電板１４０と電極層１２４とに加えなければならない。これにより導電板１４０と電極層１２４からエレクトレット振動板１２０にクーロン力が作用して、プッシュ・プル効果がもたらされる。このプッシュ・プル効果により、エレクトレット振動板１２０が電気信号に応じて振動するようになる。エレクトレット振動板１２０が振動すると、空気が押されて音が出る。発生した音は、開口１１４を通って筐体１１０の外に出て、ユーザの耳に届く。

また、エレクトレット振動板１２０によって生じた音は、導電板１４０の開口１４２を通過して、導電板１４０の上部に設けられた構成要素によって跳ね返されるので、エコーによる電気音響変換器１８０の性能低下を防ぐために、導電板１４０の上面は、導電板１４０上部の構成要素から所定間隔、より詳しくは１mm、離されている。これに代えて、例えばガラス繊維、スポンジ、不織布等から作られた消音層１６０を導電板１４０の上面に取り付けて、開口１４２を通過した音を吸収するようにしてもよい。消音層１６０は厚さ１mmから５mmとする。さらに、３０μmから５０μmの厚さのスペーサ１７０が少なくとも１つ、スペーサ１５０に対応して電極層１２４と筐体１１０の内壁面１１２との間に配置されており、電極層１２４が筐体１１０に接しないように保っている。また、スペーサ１５０を両面テープ等の接着材から形成して導電板１４０と膜本体１２２とを固着してもよい。

図１，図３ａおよび図３ｂにおいて、本発明の第２実施例による電子音響変換器を備えた電子機器２００は、前記電子機器１００の構成要素の全てを有している。すなわち、筐体１１０と、電子音響変換器１８０のエレクトレット振動板１２０、導電板１４０、スペーサ１５０，１７０および消音層１６０を有している。上記構成要素に加えて、本実施例の電子機器２００の電子音響変換器２８０は、電極として機能する導電板２４０を更に備えている。この導電板２４０は、導電板１４０上に重ねて設けられており、導電板１４０の開口１４２に対応する複数の開口２４２を有する。導電板２４０の厚さは０．１mmから１mmである。厚さ２０μmから２００μmの通気性多孔薄膜から成る絶縁層２９０が導電板１４０と導電板２４０との間に設けられている。また、導電板２４０上にはエレクトレット振動板２２０が配置されており、このエレクトレット振動板２２０は、膜本体２２２と、この膜本体２２２の上面に形成された電極層２２４とを含み、消音層１６０は電極層２２４に取り付けられている。膜本体２２２は誘電体から作られており、静電荷を帯びている。膜本体２２２の厚さは７μmから２５μmであり、電極層２２４の厚さは０．０５μmから１μmである。さらに、エレクトレット振動板２２０と導電板２４０との間には、例えば接着材から作られたスペーサ２５０が前記スペーサ１５０に対応して少なくとも１つ設けられており、エレクトレット振動板２２０と導電板２４０との間隔を一定に保っている。スペーサ２５０の高さは１００μmから４００μmである。

上記同様に、元来静電荷を帯びていない膜本体２２２は、分極化処理して静電荷を内部および表面に発生させる必要がある。膜本体２２２に適した材料としては、ＦＥＰ、ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦ、二酸化ケイ素、またはその他のフッ化物重合体が挙げられる。さらに、エレクトレット振動板２２０は、そのエッジを固定して、移動しないようにする必要がある。本実施例の電子音響変換器２８０を作動させるには、元の音信号と同位相の第１電気信号を導電板１４０と電極層２２４とに加え、且つ元の信号と逆位相の第２電気信号を電極層１２４と導電板２４０とに加えなければならない。これによりエレクトレット振動板１２０およびエレクトレット振動板２２０が、導電板１４０，２４０と電極層１２４，２２４からのクーロン力に曝されて振動し、第１および第２電気信号に応じた音を発生させる。エレクトレット振動板２２０で発生した音は、絶縁層２９０と開口１１４とを通過して筐体１１０外部に出る。エレクトレット振動板を２つ有する電子音響変換器２８０は、エレクトレット振動板を１つだけ有する電子音響変換器１８０に比べて２倍の音量（３ｄＢ）を出すことができる。

図１，図４ａおよび図４ｂにおいて、本発明の第３実施例による電子音響変換器を備えた電子機器３００は、筐体１１０と、筐体１１０内壁面１１２に設置された電子音響変換器３８０とを有する。電子音響変換器３８０は、電極として機能する導電板３４０を備えており、この導電板３４０は筐体１１０の内壁面１１２に配置されている。導電板３４０は、開口１１４に対応する複数の開口３４２を有する。導電板３４０上にはエレクトレット振動板３２０が重ねて設けられており、このエレクトレット振動板３２０は、膜本体３２２と、この膜本体３２２の上面に形成された電極層３２４とを含む。膜本体３２２は誘電体から作られており、静電荷を帯びている。膜本体３２２の厚さは７μmから２５μmであり、電極層３２４の厚さは０．０５μmから１μmである。さらに、エレクトレット振動板３２０と導電板３４０との間には、例えば接着材から成るスペーサ３５０が少なくとも１つ設けられており、エレクトレット振動板３２０と導電板３４０との間隔を一定に保っている。スペーサ３５０は互いに５mmから２０mmの間隔を置いて設置され、その高さは１００μmから４００μmである。さらに導電板３４０と筐体１１０の内壁面１１２との間に、例えば接着材から成るスペーサ３７０が少なくとも１つ、スペーサ３５０に対応して配置されており、導電板３４０が筐体１１０に接しないように保っている。スペーサ３７０は３０μmから５０μmの厚さを有する。さらに、消音層３６０が電極層３２４に取り付けられており、エコーによる電子音響変換器３８０の性能低下を防止している。

上記実施例同様に、元来静電荷を帯びていない膜本体３２２は、分極化処理して静電荷を内部および表面に発生させる必要がある。膜本体３２２に適した材料としては、ＦＥＰ、ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦ、二酸化ケイ素等のフッ化物重合体が挙げられる。さらに、エレクトレット振動板３２０は、そのエッジを固定して、移動しないようにする必要がある。本実施例の電子音響変換器３８０を作動させるには、電気信号を導電板３４０と電極層３２４とに加えなければならない。これによりエレクトレット振動板３２０が振動して、加えられた電気信号に応じた音を出力する。

図１，図５ａおよび図５ｂに示す本発明の第４実施例による電子音響変換器を備えた電子機器４００は、図４に示す電子機器３００と実質的に同じであるので、両図に共通する実質的に同じ構成要素には同一の参照番号を付し、これらの構成要素の説明はここでは省略する。第３実施例との相違点は、第４実施例の電子機器４００の電子音響変換器４８０では、導電板３４０に代えて、導電層４４０が筐体１１０の内壁面１１２に被膜形成されており、スペーサ３７０は設けられないことにある。上記同様に、本実施例の電子音響変換器４８０を作動させるには、電気信号を導電層４４０と電極層３２４とに加えなければならない。これによりエレクトレット振動板３２０が振動して、加えられた電気信号に応じた音を出力する。

上記電子機器１００，２００，３００，４００の電子音響変換器１８０，２８０，３８０，４８０は、筐体１１０上に設置されており、この筐体１１０は、電子機器１００，２００，３００，４００の前面、側面または背面を覆うカバーとすることができる。当然のことながら、電子音響変換器１８０，２８０，３８０，４８０は、電気的に他の構成要素、例えば電子機器１００，２００，３００，４００の回路基板に接続することで作動する。図２ａ，図２ｂ，図３ａ，図３ｂ，図４ａ，図４ｂ，図５ａ，図５ｂを再び参照すると、電子音響変換器１８０，２８０，３８０，４８０が取り外し可能な背面カバー１１０に組付けられるときに、背面カバー１１０の内壁面１１２に電気端子１１６ａが設けられ、導電板１４０，３４０および導電層４４０に電気接続される。また電気端子１１６ｂも背面カバー１１０の内壁面１１２に設けられ、電極層１２４，３２４に電気接続される。さらに、電子機器２００の背面カバー１１０の内壁面１１２には電気端子１１９ａ,１１９ｂが設けられ、それぞれ電子音響変換器２８０の導電板２４０と電極層２２４に電気接続される。図２ｂ，図３ｂ，図４ｂ，図５ｂに示すように、背面カバー１１０が電子機器１００，２００，３００，４００本体に取り付けられると、電気端子１１６ａ,１１６ｂはそれぞれ、電子機器１００，２００，３００，４００の回路基板１９５上の電気端子１９７ａ,１９７ｂに接して電気的に接続される。また電気端子１１９ａ,１１９ｂ（図３ｂに示す）はそれぞれ、電子機器２００の回路基板１９５上の電気端子１９８ａ,１９８ｂに接して電気的に接続される。これにより、電気信号を導電板１４０，２４０，３４０や導電層４４０や電極層１２４，２２４，３２４に加えることが可能となり、加えられた電気信号に応じてエレクトレット振動板１２０，２２０，３２０が振動して音を発するようになる。

本発明によれば、電子音響変換器のスペーサは別々の部材であってもよい。しかしまた、上記の個別スペーサに代えて、複数の開口が形成されたシートを用いてもよいことは理解されよう。

本発明の電子機器は、携帯電話、個人用デジタル補助装置（ＰＤＡ）、ラップトップコンピュータ等の携帯電子機器として実施可能である。本発明の電子機器の電子音響変換器は従来のダイナミックスピーカに比べて非常に薄いので、電子機器内の利用可能空間が広がる。さらに、本発明の電子機器の電子音響変換器は背面カバーに組付けることができる。従って、電子機器の厚みを更に減らすことができ、電子機器内の利用可能空間を更に広げることができる。さらにまた、本発明の第１および第２実施例による電子機器の電子音響変換器では、エレクトレット振動板のエレクトレット面が電子機器の内側に向いているので、埃や湿気によってエレクトレット面が汚染されることがなく、エレクトレット振動板の故障を回避できる。

以上本発明を例証するために好ましい実施例を説明してきたが、添付の請求範囲に開示した本発明の範囲および精神から逸脱することなく様々な変形、追加、置き換えが可能であることは、当業者には容易に理解されよう。

Claims (11)

1. 電子機器であって、
   内壁面と外壁面と前記内壁面から前記外壁面まで貫通する複数の開口とを有する筐体と、前記筐体の内壁面に設けられた電子音響変換器とを備えており、前記電子音響変換器は、
   前記筐体の内壁面に配置され、静電荷を帯びた第１膜本体と前記第１膜本体の下面に形成された第１電極層とを有する第１エレクトレット振動板であって、前記第１電極層の下面は前記複数の開口に対向している第１エレクトレット振動板と、
   前記第１膜本体の上面に重ねて設けられ、複数の開口を有する第１導電板と、
   接着材から作られ、お互いに間隔を置いて設置され、前記第１エレクトレット振動板と前記第１導電板との間に設けられ、前記第１エレクトレット振動板と前記第１導電板を所定の間隔に保つ複数の第１スペーサと、
   お互いに間隔を置いて設置され、前記筐体の内壁面と前記第１エレクトレット振動板の第１電極層との間に設けられ、前記筐体の内壁面と前記第１エレクトレット振動板の第１電極層を所定の間隔に保つ複数の第２スペーサと、
   を備えている電子機器。
2. 前記電子音響変換器が更に、
   前記第１導電板に重ねて設けられ、複数の開口を有する第２導電板と、
   前記第１および第２導電板の間に設けられた絶縁層と、
   前記第２導電板上に重ねて設けられ、静電荷を帯びた第２膜本体と前記第２膜本体の上面に形成された第２電極層とを有する第２エレクトレット振動板と、
   お互いに間隔を置いて設置され、前記第２エレクトレット振動板と前記第２導電板との間に設けられ、前記第２エレクトレット振動板と前記第２導電板を所定の間隔に保つ複数の第３スペーサと、
   を備えている請求項１に記載の電子機器。
3. 前記電子音響変換器が更に、ガラス繊維、スポンジ又は不織布から作られ、前記第１導電板に取り付けられた消音層を備えている、請求項１に記載の電子機器。
4. 前記第１エレクトレット振動板の第１電極層および前記第１導電板は第１電気信号に電気的に接続される請求項１に記載の電子機器。
5. 前記筐体の内壁面に設けられる第１電気端子と第２電気端子と、第３電子端子と第４電気端子とを有する回路基板であって、前記第１電気端子及び前記第２電気端子が、それぞれ前記第３電気端子及び前記第４電気端子に電気接続され、前記第１電気信号を前記第１エレクトレット振動板の前記第１電極層及び前記第１導電板に電気接続させる回路基板と、を更に備える請求項４に記載の電子機器。
6. 前記第１導電板における前記複数の開口の開口率は２０％より大きい請求項１に記載の電子機器。
7. 電子機器であって、
   内壁面と外壁面と前記内壁面から前記外壁面まで貫通する複数の開口とを有する筐体と、前記筐体の内壁面に設けられた電子音響変換器とを備えており、前記電子音響変換器は、
   前記筐体の内壁面に配置され、複数の開口を有する導電板と、
   前記導電板に重ねて設けられ、静電荷を帯びた膜本体と前記膜本体の上面に形成された電極層とを有するエレクトレット振動板であって、前記膜本体の下面は前記複数の開口に対向しているエレクトレット振動板と、
   接着材から作られ、お互いに間隔を置いて設置され、前記エレクトレット振動板と前記導電板との間に設けられ、前記エレクトレット振動板と前記導電板を所定の間隔に保つ複数の第１スペーサと、
   お互いに間隔を置いて設置され、前記筐体の内壁面と前記導電板との間に設けられ、前記筐体の内壁面と前記導電板を所定の間隔に保つ複数の第２スペーサと、
   を備えている電子機器。
8. 前記エレクトレット振動板の電極層および前記導電板は電気信号に電気的に接続され、前記筐体の内壁面に設けられる第１電気端子と第２電気端子と、第３電気端子と第４電気端子とを有する回路基板であって、前記第１電気端子及び前記第２電気端子が、それぞれ前記第３電気端子及び前記第４電気端子に電気接続され、前記電気信号を前記エレクトレット振動板の前記電極層及び前記導電板に電気接続させる回路基板と、を更に備える請求項７に記載の電子機器。
9. 前記筐体の内壁面に設けられ、前記電気信号を前記エレクトレット振動板の電極層と前記導電板にそれぞれ電気的に接続するための第１電気端子および第２電気端子と、ガラス繊維、スポンジ又は不織布から作られ、前記エレクトレット振動板の前記電極層に取り付けられた消音層と、を更に備える請求項８に記載の電子機器。
10. 電子機器であって、
    内壁面と外壁面と前記内壁面から前記外壁面まで貫通する複数の開口とを有する筐体と、前記筐体の内壁面に設けられた電子音響変換器とを備えており、前記電子音響変換器は、
    前記筐体の内壁面に被膜形成された導電層と、
    前記導電層に重ねて設けられ、静電荷を帯びた膜本体と前記膜本体の上面に形成された電極層とを有するエレクトレット振動板と、
    接着材から作られ、お互いに間隔を置いて設置され、前記エレクトレット振動板と前記導電層との間に設けられ、前記エレクトレット振動板と前記導電層を所定の間隔に保つ複数のスペーサと、
    を備えている電子機器。
11. 前記電子音響変換器は、ガラス繊維、スポンジ又は不織布から作られ、前記エレクトレット振動板の電極層に取り付けられた消音層を更に備える請求項１０に記載の電子機器。

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