JP5609371B2 - 電子機器及び発振装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子機器及び発振装置に関する。

近年、携帯電話やラップトップ型コンピュータなどの携帯端末などの需要が拡大している。特にテレビ電話や動画再生、ハンズフリー電話機能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。これらの開発の中で、小型でかつ出力が大きい電気音響変換器の要求が高まっている。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いる。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。しかしながら動電型電気音響変換器は、その動作原理及び構造から、薄型化には限界がある。そこで、例えば特許文献１及び２に記載されているように、圧電振動子を電気音響変換器であるパラメトリックスピーカして使用することが期待されている。

特開昭６２−２００９９８号公報 特開平３−２７６９９６号公報

携帯通信端末などの電子機器は、様々な環境で使用される。このため、電子機器には防水性が要求される。一方で、電子機器に音声を出力する機能を持たせる場合、電子機器にはスピーカ孔を設ける必要がある。スピーカ孔を設けた場合、この孔に起因して電子機器の防水性が低下してしまう。

本発明の目的は、スピーカ孔に起因した防水性の低下を抑制できる電子機器及び発振装置を提供することにある。

本発明によれば、筐体と、
前記筐体の内部に収容された発振装置と、
前記筐体の内部に収容され、前記発振装置に、可聴域の音声データを変調した超音波発振用のデータを入力することにより、前記発振装置をパラメトリックスピーカとして機能させる制御部と、
前記筐体に設けられ、前記発振装置の発振面に対向しているスピーカ孔と、
前記スピーカ孔を塞ぐ多孔質部材と、
を備え、
前記スピーカ孔は、ＪＩＳ−Ｃ０９２０における７等級に規定された防水性を満たしている電子機器が提供される。

本発明によれば、筐体と、
前記筐体の内部に収容された発振装置と、
前記筐体の内部に収容され、前記発振装置に、可聴域の音声データを変調した超音波発振用のデータを入力することにより、前記発振装置をパラメトリックスピーカとして機能させる制御部と、
前記筐体に設けられ、前記発振装置の発振面に対向している少なくとも一つのスピーカ孔と、
を備え、
前記スピーカ孔の径は、ＪＩＳ−Ｃ０９２０における７等級に規定された防水性を満たす大きさである電子機器が提供される。

本発明によれば、振動部材と、
前記振動部材の一面に取り付けられた圧電振動子と、
前記圧電振動子に、可聴域の音声データを変調した超音波発振用のデータを入力することにより、前記圧電振動子をパラメトリックスピーカの音源として機能させる制御部と、
前記振動部材の縁を支持する支持体と、
前記支持体に取り付けられ、前記振動部材の上方に位置しており、前記支持体とともに前記圧電振動子を囲んでいる多孔質部材と、
を備え、
前記多孔質部材と前記支持体による構造体は、ＪＩＳ−Ｃ０９２０における７等級に規定された防水性を満たしている発振装置が提供される。

本発明によれば、振動部材と、
前記振動部材の一面に取り付けられた圧電振動子と、
前記圧電振動子に、可聴域の音声データを変調した超音波発振用のデータを入力することにより、前記圧電振動子をパラメトリックスピーカの音源として機能させる制御部と、
前記振動部材の縁を支持する支持体と、
前記支持体に取り付けられ、前記振動部材の上方に位置しており、前記支持体とともに前記圧電振動子を囲んでいる封止部材と、
前記封止部材に少なくとも一つ設けられたスピーカ孔と、
を備え、
前記スピーカ孔の径は、ＪＩＳ−Ｃ０９２０における７等級に規定された防水性を満たす大きさである発振装置が提供される。

本発明によれば、スピーカ孔に起因した防水性の低下を抑制できる。

第１の実施形態に係る電子機器の構成を示す断面図である。 電子機器の平面図である。 圧電振動子の厚さ方向の構成を示す断面図である。 第２の実施形態に係る電子機器の圧電振動子の構成を示す斜視分解図である。 第３の実施形態に係る電子機器の平面図である。 第４の実施形態に係る電子機器の平面図である。 第５の実施形態に係る電子機器の構成を示す断面図である。 第６の実施形態に係る発振装置の構成を示す断面図である。 第７の実施形態に係る発振装置の構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る電子機器１００の構成を示す断面図である。図２は電子機器１００の平面図である。電子機器１００は、例えば携帯通信端末であり、筐体１０２、発振装置１１０、制御部５０、スピーカ孔１０４、及び多孔質部材３０を備えている。だたし電子機器１００は、ラップトップ型パーソナルコンピュータ、小型ゲーム機器などであってもよい。発振装置１１０は筐体１０２の内部に収容されている。発振装置１１０は、スピーカとして機能し、制御部５０によって出力が制御されている。制御部５０は、筐体１０２の内部に収容されており、発振装置１１０に、可聴域の音声データを変調した超音波発振用のデータを入力することにより、発振装置１１０をパラメトリックスピーカとして機能させる。スピーカ孔１０４は、筐体１０２に設けられており、発振装置１１０の発振面に対向している。多孔質部材３０はスピーカ孔１０４を塞いでいる。スピーカ孔１０４は、多孔質部材３０で塞がれることにより、ＪＩＳ−Ｃ０９２０における７等級に規定された防水性を満たしている。具体的には、スピーカ孔１０４は、水深１ｍの深さに３０分没しても、有害な影響を生じる量の水の侵入がない程度の防水性を有している。以下、詳細に説明する。

発振装置１１０は、振動部材１０、圧電振動子２０、及び支持体４０を備えている。振動部材１０はシート形状を有している。支持体４０は枠状の部材であり、内側面が振動部材１０の縁を支持している。

振動部材１０は、圧電振動子２０から発生した振動によって振動する。また振動部材１０は、圧電振動子２０の基本共振周波数を調整する。機械振動子の基本共振周波数は、負荷重量と、コンプラインスに依存する。コンプラインスは振動子の機械剛性であるため、振動部材１０の剛性を制御することで、圧電振動子２０の基本共振周波数を制御できる。なお、振動部材１０の厚みは５μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。また、振動部材１０は、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。振動部材１０の剛性が低すぎる場合や、高すぎる場合は、機械振動子として特性や信頼性を損なう可能性が出てくる。なお、振動部材１０を構成する材料は、金属や樹脂など、脆性材料である圧電振動子２０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が好ましい。

本実施形態において圧電振動子２０は矩形、例えば正方形である。圧電振動子２０の外縁は、振動部材１０のうち支持体４０に支持されている部分より内側に位置している。ただし圧電振動子２０の形状は、矩形に限定されない。圧電振動子２０は、振動部材１０のうち多孔質部材３０に対向する面上に搭載されている。

また発振装置は、発振回路として制御部５０及び信号生成部５４を有している。信号生成部５４は、圧電振動子２０に入力する電気信号を生成する。制御部５０は、外部から入力された音声データを変調して超音波発振用のデータを生成し、このデータを、信号生成部５４を介して圧電振動子２０に入力する。

多孔質部材３０は、超音波、例えば周波数が２０ｋＨｚ以上の音波は通すが、水は通さないように形成されている。多孔質部材３０は、例えばウレタンフォームにより形成されており、その厚さは１０μｍ以上５００μｍ以下である。多孔質部材３０が有する孔は、例えば独立気泡型であるが、連続気泡型であってもよい。後者の場合、多孔質部材３０の表面につながっている孔の表面部分における径は、９５％以上が０．３ｍｍ以下であるのが好ましい。また多孔質部材３０の表面は、撥水処理されているのが好ましい。

図３は、圧電振動子２０の厚さ方向の構成を示す断面図である。圧電振動子２０は、圧電体２２、上面電極２４、及び下面電極２６を有している。圧電体２２は厚さ方向に分極している。圧電体２２を構成する材料は、圧電効果を有する材料であれば、無機材料及び有機材料のいずれであってもよい。ただし、電気機械変換効率が高い材料、例えばジルコン酸チタン酸塩（ＰＺＴ）やチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）であるのが好ましい。圧電体２２の厚さｈは、例えば１０μｍ以上１ｍｍ以下である。厚さｈ_１が１０μｍ未満の場合、発振装置の製造時に圧電振動子２０が破損する可能性が出てくる。また厚さｈ_１が１ｍｍ超の場合、電気機械変換効率が低くなりすぎてしまい。十分な大きさの振動を得られない。その理由は、圧電振動子２０の厚さが厚くなると、圧電振動子内における電界強度は反比例して小さくなるためである。また圧電体２２の厚さは、互いに等しくてもよいし、異なっていてもよい。

上面電極２４及び下面電極２６を構成する材料は特に限定されないが、例えば、銀や銀／パラジウムを使用することができる。銀は低抵抗な汎用的な電極材料として使用されているため、製造プロセスやコストなどに利点がある。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、上面電極２４及び下面電極２６の厚さｈ_２は特に限定されないが、その厚さｈ_２が１μｍ以上１００μｍ以下であるのが好ましい。厚さｈ_２が１μｍ未満では、上面電極２４及び下面電極２６を均一に成形することが難しくなり、その結果、電気機械変換効率が低下する可能性がある。また、上面電極２４及び下面電極２６の膜厚が１００μｍを超える場合は、上面電極２４及び下面電極２６が圧電体２２に対して拘束面となり、エネルギー変換効率を低下させてしまう可能性が出てくる。

次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。本実施形態において、スピーカ孔１０４は多孔質部材３０により塞がれている。上記したように多孔質部材３０は、超音波は通すが、水は通さないように形成されている。一方、発振装置１１０はパラメトリックスピーカとして機能し、再生すべき音声データを変調した超音波を発振する。発振装置１１０が発振した超音波は、多孔質部材３０を介して電子機器１００の外部に伝達されて復調される。また多孔質部材３０がスピーカ孔１０４を塞いでいるため、スピーカ孔１０４の防水性は確保される。従って、スピーカ孔に起因して電子機器１００の防水性が低下することを抑制できる

（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係る電子機器１００の圧電振動子２０の構成を示す斜視分解図である。本実施形態に係る電子機器１００は、圧電振動子２０が複数の圧電体２２と電極２４とを交互に複数積層させた構造を有している点を除いて、第１の実施形態に係る発振装置と同様の構成である。圧電体２２の分極方向は、一層ごとに入れ替わっており、互い違いになっている。

本実施形態においても第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また圧電振動子２０を、複数の圧電体２２と電極２４とを交互に複数積層させた構造にしているため、圧電振動子２０の伸縮量が大きくなる。従って、発振装置の出力を大きくすることができる。

（第３の実施形態）
図５は第３の実施形態に係る電子機器１００の平面図である。本実施形態に係る電子機器１００は、以下の点を除いて、第１の実施形態に係る発振装置と同様の構成である。

まずスピーカ孔１０４は、複数の微細孔１０６により構成されている。そしてスピーカ孔１０４には多孔質部材３０が設けられていない。微細孔１０６は筐体１０２を貫通している貫通孔であり、その直径は、ＪＩＳ−Ｃ０９２０における７等級に規定された防水性を満たすように設定される。筐体１０２の表面がポリカーボネートにより形成されている場合、微細孔１０６の直径は、例えば１μｍ以上１００μｍ以下である。

本実施形態によっても、微細孔１０６の直径は、ＪＩＳ−Ｃ０９２０における７等級に規定された防水性を満たすように設定される。また発振装置１１０は可聴音ではなく超音波を発振する。超音波の直進性は高いため、微細孔１０６の直径が小さくても、発振装置１１０から出力された音声は電子機器１００の外部に伝播する。従って、本実施形態によっても第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第４の実施形態）
図６は、第４の実施形態に係る電子機器１００の平面図である。本実施形態に係る電子機器１００は、複数の圧電振動子２０及び振動部材１０をアレイ状に複数有している点を除いて、第１の実施形態に係る発振装置と同様の構成である。

本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。なお本実施形態において、スピーカ孔１０４の構成を第３の実施形態のようにしてもよい。

（第５の実施形態）
図７は、第５の実施形態に係る電子機器１００の構成を示す断面図である。本実施形態に係る電子機器１００は、圧電振動子２０が振動部材１０のうち多孔質部材３０に対向する面とは逆の面に搭載されている点を除いて、第４の実施形態に係る電子機器１００と同様の構成である。

本実施形態によっても、第４の実施形態と同様の効果を得ることができる。なお本実施形態において、スピーカ孔１０４の構成を第３の実施形態のようにしてもよい。

（第６の実施形態）
図８は、第６の実施形態に係る発振装置１１０の構成を示す断面図である。本実施形態において、多孔質部材３０は、発振装置１１０の支持体４０に固定されている。多孔質部材３０は、振動部材１０の上方に位置しており、支持体４０とともに圧電振動子２０を囲んでいる。本実施形態においても、多孔質部材３０と支持体４０による構造体は、ＪＩＳ−Ｃ０９２０における７等級に規定された防水性を満たしている。なお多孔質部材３０の構成は、第１の実施形態と同様である。

本実施形態によれば、発振装置１１０の防水性を確保することができる。このため、発振装置１１０を電子機器に取り付けた場合、この電子機器の筐体１０２に設けられたスピーカ孔を発振装置１１０の多孔質部材３０で塞ぐことにより、電子機器の防水性を確保することができる。

（第７の実施形態）
図９は、第７の実施形態に係る発振装置１１０の構成を示す断面図である。本実施形態に係る発振装置１１０は、多孔質部材３０の代わりに封止部材６０を設けている点を除いて、第６の実施形態に係る発振装置１１０と同様である。

封止部材６０は、例えば樹脂製であり、支持体４０とともに圧電振動子２０を囲んでいる。そして封止部材６０には少なくとも一つのスピーカ孔６２が設けられている。スピーカ孔６２の直径は、ＪＩＳ−Ｃ０９２０における７等級に規定された防水性を満たすように設定される。スピーカ孔６２の直径は、例えば１μｍ以上１００μｍ以下である。
本実施形態によっても、第６の実施形態と同様の効果を得ることができる。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。例えば第１の実施形態において、筐体１０２そのものを多孔質材料により形成されても良い。この場合、スピーカ孔１０４を設けずに、筐体１０２の内側に発振装置１１０を取り付ければ、発振装置１１０から発振された超音波は筐体１０２を投下する。この場合、筐体１０２本体が、仮想的に設けられたスピーカ孔１０４を塞ぐことになる。

１０ 振動部材
２０ 圧電振動子
２２ 圧電体
２４ 上面電極
２６ 下面電極
３０ 多孔質部材
４０ 支持体
５０ 制御部
５４ 信号生成部
６０ 封止部材
６２ スピーカ孔
１００ 電子機器
１０２ 筐体
１０４ スピーカ孔
１０６ 微細孔
１１０ 発振装置

Claims (4)

1. 筐体と、
   前記筐体の内部に収容された発振装置と、
   前記筐体の内部に収容され、前記発振装置に、可聴域の音声データを変調した超音波発振用のデータを入力することにより、前記発振装置をパラメトリックスピーカとして機能させる制御部と、
   前記筐体に設けられ、前記筐体を貫通しており、前記発振装置の発振面に対向している少なくとも一つのスピーカ孔と、
   を備え、
   前記スピーカ孔の径は、ＪＩＳ−Ｃ０９２０における７等級に規定された防水性を満たす大きさである電子機器。
2. 請求項１に記載の電子機器において、
   前記スピーカ孔の直径は、１μｍ以上１００μｍ以下である電子機器。
3. 振動部材と、
   前記振動部材の一面に取り付けられた圧電振動子と、
   前記圧電振動子に、可聴域の音声データを変調した超音波発振用のデータを入力することにより、前記圧電振動子をパラメトリックスピーカの音源として機能させる制御部と、
   前記振動部材の縁を支持する支持体と、
   前記支持体に取り付けられ、前記振動部材の上方に位置しており、前記支持体とともに前記圧電振動子を囲んでいる封止部材と、
   前記封止部材に少なくとも一つ設けられ、前記封止部材を貫通しているスピーカ孔と、
   を備え、
   前記スピーカ孔の径は、ＪＩＳ−Ｃ０９２０における７等級に規定された防水性を満たす大きさである発振装置。
4. 請求項３に記載の発振装置において、
   前記スピーカ孔の直径は、１μｍ以上１００μｍ以下である発振装置。

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