JP5484627B2

JP5484627B2 - 電子機器

Info

Publication number: JP5484627B2
Application number: JP2013225857A
Authority: JP
Inventors: 俊寿名畑; 聡水田; 友彰宮野; 清和佐藤; 章朗木原; 俊風間; 泰宏片山
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2032-03-29
Also published as: RU2014134026A; JP2014053946A; JP5484625B2; JP5270783B1; WO2013145758A1; MX2014011441A; JP2014053947A; JP2014112916A; US9143867B2; CN104025618A; JP5484626B2; US20150030188A1; EP2793484B1; JP2013207795A; JP5855508B2; CN104025618B; JP2013207749A; RU2582893C2; JP5818921B2; EP2793484A4

Description

この発明は、圧電素子に所定の電気信号（音声信号）を印加することで振動板を振動させ、当該振動板の振動を人体に伝達させることにより気導音と人体振動音とを利用者に伝える電子機器に関する。

特許文献１には、携帯電話などの電子機器から人間に伝達される音として、気導音と骨導音とが知られていることが記載されている。また、気導音とは、物体の振動に起因する空気の振動が外耳道を通って鼓膜に伝わり、鼓膜が振動することによって利用者の聴覚神経に伝わる音であることが記載されている。また、骨導音とは、振動する物体に接触する利用者の体の一部（例えば外耳の軟骨）を介して利用者の聴覚神経に伝わる音であることが記載されている。

また、特許文献１には、気導音と骨導音とにより利用者に音を伝える電話機では、圧電バイモルフ及び可撓性物質からなる短形板状の振動体が、筐体の外面に弾性部材を介して取り付けられていることが記載されている。また、この振動体の圧電バイモルフに電圧が印加されると、圧電バイモルフが長手方向に伸縮することにより振動体が振動することが記載されている。また、利用者が耳介に振動体を接触させると、気導音と骨導音とが利用者に伝えられることが記載されている。

特開２００５−３４８１９３号公報

特許文献１に記載の電子機器は、携帯電話などの筐体の外面に縦幅０．８ｃｍ、横幅３．２ｃｍ程度の矩形の非常に小さな振動体が取り付けられる。そのため、振動体がそれよりも大きなサイズの場合における課題についは、想定すらされていない。

本発明の目的は、縦幅０．８ｃｍ、横幅３．２ｃｍ程度の振動体よりも大きなサイズの振動体を用いる場合にも適切に使用できる電子機器を提供することにある。

本発明による電子機器は、圧電素子と、前記圧電素子により振動する振動板と、を有し、前記圧電素子の長手方向において前記振動板における該圧電素子の直上がその周囲と比較して最も高く隆起するように、前記圧電素子によって前記振動板が曲げられ、当該振動板に接触している人体の接触部位が振動して音を伝える電子機器であって、前記振動板は、接触を検出するパネル及び表示パネルから構成され、前記表示パネルは、前記接触を検出するパネルに貼り付けられている。

好適には、前記表示パネルは、前記接触を検出するパネルと接触する全面が前記接触を検出するパネルに貼り付けられている。

好適には、前記表示パネルは、前記接触を検出するパネルにおける人体が接触する面とは反対側の面に貼り付けられている。

本発明に係る電子機器は、縦幅０．８ｃｍ、横幅３．２ｃｍ程度の振動体よりも大きなサイズの振動体を用いる場合にも適切に使用できる。

本発明の一実施形態に係る電子機器の機能ブロックを示す図である。電子機器の使用状況を示す図である。第１の実施形態に係る電子機器の実装構造を示す図である。第１の実施形態に係る電子機器の振動板の振動の一例を示す図である。表示部がパネルに接合されない場合の振動板の振動の一例を示す図である。第２の実施形態に係る電子機器の実装構造を示す図である。

以降、諸図面を参照しながら、本発明の実施態様を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電子機器１の機能ブロックを示す図である。電子機器１は、例えば携帯電話（スマートフォン）であって、振動板１００（パネル１０及び表示部２０を含む）と、圧電素子３０と、入力部４０と、制御部５０と、を備える。

パネル１０は、接触を検出するタッチパネル、または表示部２０を保護するカバーパネル等である。パネル１０は、例えばガラス、またはアクリル等の合成樹脂により形成される。パネル１０の形状は板状であるとよい。パネル１０は、タッチパネルである場合、利用者の指、ペン、又はスタイラスペン等の接触を検出する。タッチパネルの検出方式は、静電容量方式、抵抗膜方式、表面弾性波方式（又は超音波方式）、赤外線方式、電磁誘導方式、及び荷重検出方式等の任意の方式を用いることができる。

表示部２０は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、又は無機ＥＬディスプレイ等のパネル状の表示デバイスである。表示部２０は、後に詳述するように、パネル１０の背面に設けられる。表示部２０は、接合部材（例えば接着剤）によりパネル１０に接着して固定される。接合部材は、たとえば、透過させる光の屈折率を制御した、光学弾性樹脂などの弾性樹脂である。表示部２０は、接着部材とパネル１０を透過して種々の情報を表示する。

圧電素子３０は、電気信号（電圧）を印加することで、構成材料の電気機械結合係数に従い伸縮する素子である。これらの素子は、例えばセラミック製や水晶からなるものが用いられる。圧電素子３０は、ユニモルフ、バイモルフまたは積層型圧電素子であってよい。積層型圧電素子には、バイモルフを積層した（例えば１６層または２４層積層した）積層型バイモルフ素子が含まれる。積層型の圧電素子は、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）からなる複数の誘電体層と、該誘電体層間に配置された電極層との積層構造体から構成される。

圧電素子３０は、パネル１０の背面に配置される。圧電素子３０は、接合部材（例えば両面テープ）によりパネル１０に取り付けられる。圧電素子３０は、印加される電気信号に応答して伸縮し、これに合わせてパネル１０が変形する。これにより、パネル１０と表示部２０とで構成される振動板１００が、電気信号の周波数等に応じて振動する。

入力部４０は、利用者からの操作入力を受け付けるものであり、例えば、操作ボタン（操作キー）から構成される。なお、パネル１０がタッチパネルである場合には、パネル１０も利用者からの接触を検出することにより、利用者からの操作入力を受け付ける入力部として機能する。

制御部５０は、電子機器１を制御するプロセッサであって、圧電素子３０に所定の電気信号（音声信号に応じた電圧）を印加する。例えば、人体振動音を伝えない気道音による音の伝導を目的とした所謂パネルスピーカの印加電圧である±５Ｖよりも高い、±１５Ｖが印加されてもよい。これにより、例えば３Ｎ以上の力でユーザが自身の体に振動板１００を押し付けた場合であっても、振動板１００に十分な振動を発生させ、利用者の体の一部を介する人体振動音を発生させることができる。尚、どの程度の印加電圧を用いるかは、パネルの固定強度や素子の性能等を加味して適宜調整可能である。制御部５０は圧電素子３０に電気信号を印加することで圧電素子３０を長手方向に伸縮させ、振動板１００を振動させる。このため、振動板１００は、気導音を発生させるとともに、利用者が体の一部（例えば外耳の軟骨）を接触させた場合、体の一部を介する骨導音を発生させる。例えば、制御部５０は、送受信部６０が無線通信により受信した通話相手の音声または着信メロディもしくは音楽を含む楽曲等の音声信号に応じた電気信号を圧電素子３０に印加させ、対応する気導音及び骨導音を発生させることができる。なお、電気信号にかかる音声信号は、内部メモリに記憶された音楽データに基づくものでもよいし、外部サーバ等に記憶されている音楽データがネットワークを介して再生されるものであってもよい。

また、制御部５０は、マイクロフォン４２が集音した音声信号をベースバンド信号に変換し、送受信部６０にそのベースバンド信号を通話相手の電子機器に向けて送信させる。また、電子機器１にダイナミックスピーカ６２を別途備え、制御部５０は、ダイナミックスピーカ６２に各種の音声信号を出力してもよい。

振動板１００は、パネル１０に圧電素子３０が接合された接合部分だけでなく、接合部分から離れた領域も振動する。振動板１００は、ある瞬間において、振動の振幅が相対的に大きい部分と振動の振幅が相対的に小さい部分とが振動板１００全体にランダムにあるいは周期的に分布した振動をする。即ち振動板１００は、その振動領域において、振動板１００の主面と交差する方向に振動する箇所を複数有し、当該箇所の各々において、振動の振幅の値が時間とともにプラスからマイナスに、あるいはその逆に変動する複数の波の振動が検出される。そのため、利用者は、たとえば図２に示すように、上述した圧電素子３０の接合部分から離れた領域に耳を接触させて音を聞くことができる。

ここで、振動板１００は、図２に示すように、利用者の耳とほぼ同じ大きさ、あるいは利用者の耳よりも大きな大きさを有するものであってもよい。この場合、利用者が、音を聞く際、電子機器１の振動板１００により耳全体が覆われやすいことから、周囲音（ノイズ）を外耳道に入りにくくできる。振動板１００は、耳輪から耳珠および対耳珠までの間の距離に相当する長さと、耳輪脚から対耳輪までの間の距離に相当する幅とを有する領域よりも広い領域が振動すればよい。日本人の耳の平均的な大きさは、社団法人人間生活工学研究センター（ＨＱＬ）作成の日本人の人体寸法データベース（１９９２−１９９４）等を参照すれば知ることができる。尚、振動板１００の大きさが日本人の耳の平均的な大きさ以上であれば、振動板１００は概ね外国人の耳全体を覆うことができる大きさであると考えられる。

上記の電子機器１は、気導音と、利用者の体の一部（例えば外耳の軟骨）を介する人体振動音とを利用者に伝えることができる。そのため、空気の振動により周囲へ伝わる音がダイナミックスピーカと比較して少ない。したがって、例えば録音されたメッセージを電車内等で聞く場合等に適している。

また、上記の電子機器１は、振動板１００の振動によって人体振動音を伝えるため、例えば利用者がイヤホンまたはヘッドホンを身につけていても、それらに電子機器１を接触させることで、利用者はイヤホンまたはヘッドホンおよび体の一部を介して音を聞くことができる。

上記の電子機器１は、振動板１００の振動により利用者に音を伝える。そのため、電子機器１が別途ダイナミックスピーカを備えない場合、音声伝達のための開口部（放音口）を筐体に形成する必要がなく、電子機器の防水構造が簡略化できる。尚、電子機器１が別途ダイナミックスピーカを備える場合、放音口は、気体は通すが液体は通さない部材によって閉塞されるとよい。気体は通すが液体は通さない部材は、例えばゴアテックス（登録商標）である。
（第１の実施形態）
図３は第１の実施形態に係る電子機器１の実装構造を示す図である。図３（ａ）は正面図、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるｂ−ｂ線に沿った断面図である。図３に示す電子機器１はパネル１０としてガラス板であるタッチパネルが筐体６０（例えば金属や樹脂のケース）の前面に配されたスマートフォンである。パネル１０及び入力部４０は筐体６０に支持され、表示部２０および圧電素子３０は、それぞれ接合部材７０によりパネル１０に接着されている。接合部材７０は、熱硬化性あるいは紫外線硬化性等を有する接着剤や両面テープ等であり、例えば無色透明のアクリル系紫外線硬化型接着剤である光学弾性樹脂でもよい。パネル１０、表示部２０および圧電素子３０は、それぞれ略長方形状である。

表示部２０は接合部材７０によりパネル１０に接合され、パネル１０と表示部２０は振動板１００を構成する。接合部材７０は、熱硬化性あるいは紫外線硬化性等を有する接着剤であり、例えば無色透明のアクリル系紫外線硬化型接着剤である光学弾性樹脂でもよい。表示部２０は、パネル１０の背面に接合される。好ましくは、表示部２０は、パネル１０と接触する全面でパネル１０に接着される。そうすることで、表示部２０がパネル１０に接合された部分における振動板１００の剛性を上げることができる。

パネル１０は、接合部材により筐体６０に接合される。接合部材を用いることで、振動板１００の振動が筐体６０に直接伝わりにくくなり、振動板１００の振動が筐体６０に直接伝わる場合と比較して、筐体６０自体の振動を小さくすることができる。よって、筐体６０が大きく振動することで、ユーザが電子機器１を落下したりすることを低減できる。また、接合部材として、たとえば熱硬化性あるいは紫外線硬化性等を有する接着剤を用いることにより、振動板１００と筐体６０の間に熱応力収縮が生じにくい態様で接合できる。また、接合部材として、たとえば、両面テープを用いることにより、圧電素子３０にかかる収縮応力を接着剤を用いる場合より低減することができる。

圧電素子３０も、接合部材７０によりパネル１０に接着されている。接合部材７０として熱硬化性あるいは紫外線硬化性等を有する接着剤を用いることにより、圧電素子３０と振動板１００との間に熱応力収縮が生じにくい態様で接合できる。また、接合部材７０として両面テープを用いてもよい。両面テープを用いることにより、圧電素子３０にかかる収縮応力が接着剤を用いる場合に比較して低減できる。

表示部２０は、パネル１０の短手方向におけるほぼ中央に配置される。圧電素子３０は、パネル１０の長手方向の端部から所定の距離だけ離間して、当該端部の近傍に、圧電素子３０の長手方向がパネル１０の短辺に沿うように配置される。表示部２０と圧電素子３０とは、パネル１０の内部側の面に平行な方向において並んで配置される。圧電素子３０をパネル１０が表示部２０を覆う領域の外部に配置することで、表示部２０による表示を圧電素子３０が阻害しないようにすることができる。

図４は、第１の実施形態に係る電子機器１の振動板１００の振動の一例を示す図である。これに対し、図５は、表示部２０を有さない振動板１００の振動の一例、すなわち、表示部２０が背面に接着されずに筐体６０に支持されるパネル１０の振動の一例を示す図である。第１の実施形態に係る電子機器１では、表示部２０がパネル１０に接着して固定されている。このため、振動板１００の上部１００ａと比べて下部１００ｂの剛性が上がる。よって、表示部１００を有さない図５の場合と比べ、圧電素子３０が取り付けられた振動板１００の上部１００ａの振動を振動板１００の下部１００ｂに比して大きく振動させることが可能となる。そのため、利用者の耳と接触していない振動板１００の下部１００ｂにおいて、振動板１００の下部１００ｂが振動することによる音漏れを低減できる。特に、パネル１０が長方形状を有するとき、その長手方向に撓みやすく振動が減衰しにくいが、表示部２０を接着して振動板１００の剛性を高めることで振動の減衰量を増大させ、振動板１００の下部の振動を低減させることができる。よって、たとえば図３（ａ）に示すように、筐体６０において振動板１００の下方（すなわち、振動板１００において、圧電素子３０が設けられた端部と表示部２０をはさんで対向する端部の側）にマイクロフォン４２を設けた場合であっても、振動板１００の下部の振動による音漏れが集音されにくくできる。

なお、圧電素子が接合される接合部分を含み且つ表示部２０が接合されていない領域は、当該領域における圧電素子３０の接合部分から表示部２０が接合されている領域へ向かう第１の方向における幅が、０．５ｃｍ以上５ｃｍ以下である。これにより、振動を低減させない領域の大きさを十分確保できるとともに、電子機器が平面方向において大型化しすぎないようにできる。

このように、第１の実施形態では、電子機器１の振動板１００を筐体６０の前面に配設することで筐体６０と振動板１００とを一体的に構成し、それとともに表示部２０および圧電素子３０を、パネル１０に接着して筐体６０の内部に収容した。よって、たとえば、筐体の外面に振動体が突出して取り付けられた電子機器と比較して、電子機器の携帯性を向上させることができ、かつ、振動体（すなわち振動板）の損傷のおそれを低減できる。さらに、パネル１０に表示部２０を接着して固定することで、追加的な部材を用いることなく振動板１００の剛性を向上させて振動板１００下部の振動による音漏れを低減させることができ、使い勝手を向上させることができる。

（第２の実施形態）
図６は第２の実施形態に係る電子機器１の実装構造を示す図である。図６（ａ）は正面図、図６（ｂ）は図６（ａ）におけるｂ−ｂ線に沿った断面図、図６（ｃ）は図６（ａ）におけるｃ−ｃ線に沿った断面図である。図６に示す電子機器１は表示部２０とこれを保護するカバー用のパネル（アクリル板）１０とからなる振動板１００が上側の筐体６０の前面に配された折りたたみ式の携帯電話である。表示部２０は、パネル１０に接合部材７０で接合される。第２の実施形態では、パネル１０と圧電素子３０との間には、補強板８０が配置される。補強板８０は、例えば樹脂製の板、板金またはガラス繊維を含む板である。すなわち、第２の実施形態に係る電子機器１は、圧電素子３０と補強板８０とが接合部材７０により接着され、さらに補強板８０とパネル１０とが接合部材７０で接着される構造である。

圧電素子３０とパネル１０との間に補強板８０を配置することで、例えば振動板１００に外力が加わった場合に、その外力が圧電素子３０に伝達され圧電素子３０が破損する可能性を低減することができる。また、人体に振動板１００を強く接触させても、振動板１００の振動が減衰しにくくできる。また、圧電素子３０とパネル１０との間に補強板８０を配置することで、パネル１０の共振周波数が下がり、低周波帯域の音響特性が向上する。なお、補強板８０に換えて、板状の錘を接合部材７０により圧電素子３０に取り付けてもよい。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各部材、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部やステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

例えば、圧電素子３０は、パネル１０の中央に配設されてもよい。圧電素子３０がパネル１０の中央に配設された場合、圧電素子３０の振動が振動板１００全体に均等に伝わり、気導音の品質を向上させたり、利用者が耳を振動板１００の様々な位置に接触させても骨導音を認識させたりすることができる。なお、上述の実施形態と同様に、圧電素子３０は複数個搭載してもよい。そうした場合においても、表示部２０は、パネル１０に接着して固定される。そうすることで、圧電素子３０の接合部分の周囲を除く他の部分の振動板１００の剛性を向上させて振動の減衰量を増大させ、振動による音漏れを低減することができる。

また、上記の電子機器１においては、圧電素子３０はパネル１０に貼り付けられているが、パネル１０と異なる場所に取り付けられてもよい。例えば、圧電素子３０は、筐体６０に取り付けられてバッテリ（たとえば充電池）を覆うバッテリリッド（蓋部）に貼り付けられてもよい。この場合、バッテリリッドが振動板に対応する。バッテリリッドは携帯電話機等の電子機器１においてパネル１０と異なる面に取り付けられることが多いため、そのような構成によれば、利用者はパネル１０と異なる面に体の一部（例えば耳）を接触させて音を聞くことができる。その場合、バッテリリッドにおいて、長手方向の長さが対耳珠から対耳輪下脚までの長さ以上であり、短手方向の長さが耳珠から対耳輪までの長さ以上であることが、骨導音を効率的に伝えるうえで好ましい。また、バッテリリッドにおいて、圧電素子が接合された部分を含む第１の領域の剛性を、圧電素子からの距離が第１の領域から遠い第２の領域の剛性より低くすることで、第１の領域から第２の領域への振動を減衰させることができ、振動による音漏れを低減できる。たとえば、バッテリリッドの第１の領域の厚さより第２の領域の厚さを厚くしたり、第２の領域に他の部材、たとえば電池を保持するための部材等を接合することで、第２の領域の剛性を上げることができる。

このように、上述の実施形態によれば、電子機器の携帯性を向上させ、良好な使い勝手を得ることができる。

１電子機器
１０パネル
２０表示部
３０圧電素子
４０入力部
５０制御部
６０筐体
７０接合部材
８０補強板
９０支持部
１００振動板

Claims

圧電素子と、前記圧電素子により振動する振動板と、を有し、
前記圧電素子の長手方向において前記振動板における該圧電素子の直上がその周囲と比較して最も高く隆起するように、前記圧電素子によって前記振動板が曲げられ、当該振動板に接触している人体の接触部位が振動して音を伝える電子機器であって、
前記振動板は、接触を検出するパネル及び表示パネルから構成され、
前記表示パネルは、前記接触を検出するパネルに貼り付けられている
電子機器。
前記表示パネルは、前記接触を検出するパネルと接触する全面が前記接触を検出するパネルに貼り付けられている請求項１に記載の電子機器。
前記表示パネルは、前記接触を検出するパネルにおける人体が接触する面とは反対側の面に貼り付けられている
請求項１又は２に記載の電子機器。