JP6337012B2

JP6337012B2 - 電子機器

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Publication number: JP6337012B2
Application number: JP2015555031A
Authority: JP
Inventors: 隆司宇都; 理坪倉
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2013-12-25
Filing date: 2014-12-25
Publication date: 2018-06-06
Anticipated expiration: 2034-12-25
Also published as: CN105830135B; EP3089142B1; EP3089142A4; JPWO2015099096A1; CN105830135A; ES2724914T3; US20160334843A1; US10241549B2; EP3089142A1; WO2015099096A1

Description

電子機器に関する。

従来、いわゆる液晶パネルや有機ＥＬパネル等の画像表示デバイスを内蔵した、デジタルカメラや携帯電話等の電子機器が用いられている。近年では、比較的大きな画像を表示するとともにタッチパネル等の入力装置を備える、いわゆるスマートフォン端末やタブレット端末といわれる携帯型の電子機器が急速に普及し始めている。例えば特許文献１には、このようないわゆるスマートフォンに関する技術が開示されている。これら携帯型の電子機器には、内蔵された液晶パネルや有機ＥＬパネル等の画像表示デバイスの画像表示面を保護する透光性カバー基板が、電子機器の外装の一部に配置されて用いられている。この透光性カバー基板には、例えばアミノケイ酸ガラス等からなるいわゆる強化ガラスが主に用いられている。また、このようなスマートフォン端末やタブレット端末では、表示する画像の高精細化や通信速度の高速化、およびソフトウェア機能の充実等にともなって、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）などの情報処理デバイスで処理する情報量が増加するとともに、これら情報処理時間の更なる短時間化、すなわち情報処理速度の更なる高速化が求められている。

特開２０１１−６１３１６号公報

ＣＰＵ等の情報処理デバイスで短時間に大量の情報を処理した場合、これら情報処理デバイスからは多くの熱が発生し、電子機器の筐体（機器ケース）の内部温度が上昇する。近年は、表示する画像の高精細化や通信速度の高速化、およびソフトウェア機能の充実等にともなって発生する熱量が大きく増えている。このため、電子機器の使用中に機器ケースの内部温度が過度に上昇し、機器ケースの中の各種デバイスが温度の動作不良を引き起こすなど問題が起きている。透光性カバー基板は機器ケースの比較的大きな領域を占める場合が多いが、例えば強化ガラス等からなる従来の透光性カバー基板は熱伝導度が大きくないので、透光性カバー基板からはこのような熱が放出され難く、機器ケースの内部温度が比較的高くなり易いといった課題があった。また、例えば強化ガラスからなる透光性カバー基板は機械的強度が充分ではなく、電子機器が落下した場合の衝撃等によって透光性カバー基板が破損し易いといった課題もあった。

上記課題を解決するため、透光性カバー基板を備えるケース体と、前記ケース体の内部に配置された、画像表示面を有する画像表示デバイスと、前記ケース体の内部に配置された複数の情報処理デバイスと、複数の前記情報処理デバイスの少なくとも１つと前記透光性カバー基板とを熱的に接続する伝熱部とを備え、前記透光性カバー基板は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする単結晶板であり、前記画像表示面に対向する一方主面と、前記一方主面と反対側の他方主面とを有し、前記画像表示面の画像が表示される表示部分と、前記表示部分を取り囲む周縁部分とを有しており、前記少なくとも１つの情報処理デバイスは前記周縁部分に対向して配置されており、前記伝熱部は、前記少なくとも１つの情報処理デバイスと前記周縁部の間に配置されており、前記伝熱部は、アルミナ（Ａｌ _２Ｏ _３）の単結晶または金属を主成分とする高熱伝導体と、前記高熱伝導体と前記情報処理デバイスの少なくとも１つと接続した第１接着層と、前記高熱伝導体と前記周縁部分と接続した第２接着層とを備えていることを特徴とする電子機器を提供する。

電子機器は、放熱性が高く機器ケース内の熱を外部に効率的に放出することができる。また、外部から衝撃が加わった場合に割れ難い。

（ａ）電子機器の外観を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示す電子機器が備える透光性カバー基板の概略斜視図である。電子機器の外観を示す前面図である。電子機器の外観を示す裏面図である。電子機器の一実施形態の一部を拡大して示す断面図である。電子機器の電気的構成を示すブロック図である。電子機器の他の実施形態の一部を拡大して示す断面図である。圧電振動素子を示す平面図である。圧電振動素子を示す側面図である。圧電振動素子が撓む様子を示す図である。圧電振動素子が撓む様子を示す図である。透光性カバー部材を示す平面図である。気導音及び伝導音を説明するための図である。

以下、図面を参照して説明する。

＜電子機器の外観＞
図１（ａ）は、電子機器の一実施形態である電子機器１００について説明する斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示す電子機器が備える、透光性カバー基板の一実施形態である透光性カバー基板１の斜視図である。また図２は、電子機器１００の前面図であり、図３は電子機器１００の裏面図である。本実施形態に係る電子機器１００は、例えばいわゆるスマートフォン端末やタブレット端末である。また図４は電子機器１００の断面図である。

電子機器１００は、少なくとも一部にアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする単結晶体を含むケース体３と、ケース体３の内部に配置された複数の情報処理デバイス（後述するＣＰＵ５０ａや各種ドライバ）と、複数の情報処理デバイスの少なくとも１つと単結晶体とを熱的に接続する伝熱部１１０とを備える。より具体的には、電子機器１００は、ケース体３の内部に配置された、画像表示面５２ａを有する画像表示デバイス５２を有し、ケース体３は、画像表示面５２に対向する一方主面１Ａと、一方主面１Ａと反対側の他方主面１Ｂとを有する透光性カバー基板１を備え、透光性カバー基板１は基板状の単結晶体１１を備え、複数の情報処理デバイスの少なくとも１つが伝熱部１１０を介して透光性カバー基板１と熱的に接続している。ケース体３は、透光性カバー基板１とケーシング２とが組み合わされて構成されている。

本明細書において「主成分」として含む場合は、具体的には少なくとも５０質量％以上、好ましくは７０質量％以上含むことをいう。アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）の単結晶は一般的にはサファイアと呼ばれ、強化ガラス等と比較して傷がつき難く、割れ難く、かつ熱伝導性が高く、ひいては放熱性が高い等の特徴を有している。傷がよりつき難く、割れや欠け等をより確実に抑制する点で、透光性カバー基板１のＡｌ_２Ｏ_３純度（含有量）は９９質量％以上であることが好ましい。またサファイアは、ヤング率の大きさが３８０〜２４０ＧＰａ程度と非常に大きく、変形し難い。なお、本明細書において、「透光性」とは、可視光に対する透過率が５０％以上であることをいう。本実施形態の透光性カバー基板１の厚さは例えば０．４〜１．５ｍｍ程度である。以降、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする単結晶のことを単にサファイアともいう。

透光性カバー基板１は、画像表示面５２ａの画像が表示される表示部分１ａと、表示部分１ａを取り囲む周縁部分１ｂとを有しており、伝熱部１１０は周縁部分１ｂに当接している。周縁部分１ｂには、単結晶体１１の表面に、画像表示面５２ａの画像を遮る遮光層７が設けられている。表示部分１ａは、文字、記号、図形等の各種情報が表示される部分である。表示部分１ａは例えば平面視で長方形である。周縁部分１ｂは、例えば金属を主成分とするフィルムからなる遮光層７が貼られることによって黒色となっており、情報が表示されない非表示部分となっている。透光性カバー基板１の内側主面には後述するタッチパネル５３が貼り付けられており、使用者は、透光性カバー基板１の他方主面１Ｂの表示部分１ａを指等で操作することによって、電子機器１００に対して各種指示を与えることができる。

図５は電子機器１００の電気的構成を示すブロック図である。図５に示されるように、電子機器１００は、制御部５０、無線通信部５１、画像表示デバイス５２、タッチパネル５３、圧電振動素子５５、外部スピーカ５６、マイク５７、撮像部５８及び電池５９を備えており、これらの各種デバイスは、機器ケース３内に収められている。

制御部５０は、情報処理デバイスの１つであるＣＰＵ５０ａと、同じく情報処理デバイスであるドライバ（第１ドライバ５４ａ、第２ドライバ５４ｂ、第３ドライバ５４ｃを図５に示し、第１ドライバ５４ａのみを図４に示している）、記憶部５０ｂ等とを備えている。制御部５０は、電子機器１００の他の構成要素から情報を受け取るとともに、受け取った情報を処理して処理後の情報を他の構成要素に送ることによって、電子機器１００の動作を統括的に管理する。記憶部５０ｂは、ＲＯＭ及びＲＡＭ等で構成されている。制御部５０では、ＣＰＵ５０ａが記憶部５０ｂ内の各種プログラムを実行することによって、様々な機能ブロックが形成される。

ＣＰＵ５０ａは他の情報処理デバイスから多様かつ大量の情報を受け取り、これら情報を比較的短時間で処理（情報処理）する。この情報処理の際、ＣＰＵ５０ａは比較的多くの熱を発生する。また、同じく情報処理デバイスである複数のドライバ（第１ドライバ５４ａ、第２ドライバ５４ｂ、および第３ドライバ５４ｃ）は、それぞれ画像表示デバイス５２、圧電振動素子５５、および圧電スピーカ５６に接続されており、ＣＰＵ５０ａから送信された情報に基いて各デバイス（画像表示デバイス５２、圧電振動素子５５、および圧電スピーカ５６）を動作させる。各ドライバも各デバイスを動作させる際、比較的多くの熱を発生する。特に、ＣＰＵ５０ａおよび第１ドライバ５４ａは短時間で多くの情報を処理するので時間当たりの発熱量が大きく、ＣＰＵ５０ａや第１ドライバ５４ａからは多くの熱が発生する。

本実施形態では、ＣＰＵ５０ａと各ドライバ（図４には第１ドライバ５４ａのみを図示）は、図４に示すように例えば回路基板５１の表面に実装されている。回路基板５１は、ガラス繊維の布にエポキシ樹脂をしみ込ませ熱硬化処理した絶縁性基板に金属からなる配線で回路が形成された樹脂回路基板等を用いればよい。

ＣＰＵ５０ａやドライバ（第１ドライバ５４ａ、第２ドライバ５４ｂ、および第３ドライバ５４ｃ）等の情報処理デバイスが発した熱が機器ケース３内にとどまると、機器ケース３内の温度が上昇して、ＣＰＵ５０ａの動作が遅くなったり動作不良が生じる場合があり、また機器ケース３内の各部のその他の構成要素の動作不良も発生する場合がある。

本実施形態の電子機器１００では、少なくとも一部にサファイアを含むケース体３と、ケース体３の内部に配置された複数の情報処理デバイス（後述するＣＰＵ５０ａや各種ドライバ）と、複数の情報処理デバイスの少なくとも１つとサファイアとを熱的に接続する伝熱部１１０とを備えており、この伝熱部１１０を介して、熱伝導率が比較的高いケース体３のサファイア部分（本実施形態では透光性カバー基板１）から情報処理デバイスが発した熱がケース体３の外に放出され易く、ケース体３内部の温度の上昇が抑制されている。

伝熱部１１０は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）の単結晶または金属を主成分とする高熱伝導体１１１（以降、第１伝熱体１１１ともいう）を含んで構成されている。本実施形態では、第１伝熱体１１１は例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする単結晶（すなわちサファイア）からなる。伝熱部１１０は、第１伝熱体１１１と情報処理デバイス（ＣＰＵ５０ａおよび各ドライバ）との間に配置された接着層１１２と、第１伝熱体１１１と透光性カバー部材１との間（より詳しくは遮光層７との間）に配置された接着層１１３とを有する。

第１伝熱体１１１の高さは（図４中の上下方向の高さ）は１〜１０ｍｍ程度であり、接着層１１２および１１３の高さ（図４中の上下方向の高さ）は０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍ程度である。このように、伝熱部１１０における各部材の体積割合は、第１伝熱体１１１の割合が圧倒的に大きくなっている。接着層１１２および１１３は、例えば導電性接着剤等からなり、熱伝導率は１〜２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度である。金属からなる遮光フィルム７は熱伝導率が数十〜数百Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度である。伝熱部１１０は、接着層１１２および１１３を有するが、圧倒的に大部分を占めるサファイアからなる第１伝熱体１１１の熱伝導率が約４２Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、伝熱部１１０全体での実質的な熱伝導率は４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度と比較的大きい。伝熱部１１０を、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）の単結晶または金属を主成分とする高熱伝導体１１１（以降、第１伝熱体１１１ともいう）を含んで構成することで、伝熱部１１０の熱伝導率を比較的大きくすることができる。伝熱部１１０は、例えばグリス等の粘性の高いものであってもよく、構成について特に限定されない。

サファイアからなる単結晶体１１も、熱伝導率が約４２Ｗ／（ｍ・Ｋ）と、例えば熱伝導率が１Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度である石英ガラス等と比べて熱伝導率が大きい。電子機器１００では、熱伝導率が比較的大きな伝熱部１１０を介して、ＣＰＵ５０ａや第１ドライバ５４ａが発した熱が透光性カバー基板１の単結晶体１１に素早く伝わり、さらに単結晶体１１の全体に素早く拡散する。透光性カバー基板１は、単結晶体１１の表面である他方主面１Ｂの全体が外気に晒されており、他方主面１Ｂ全体が放熱面になっている。このため、電子機器１００では、情報処理デバイス（ＣＰＵ５０ａや各ドライバ）から発した熱が、透光性カバー基板１を介して機器ケース３の外に効率的に放出することができる。このように電子機器１００では、ＣＰＵ５０ａや各ドライバが発した熱は機器ケース３の外部に素早く放出されるので、機器ケース３内の温度上昇が抑制されて、ＣＰＵ５０ａおよびその他の構成要素の動作不良も抑制される。また、サファイアからなる透光性カバー基板１は非常に硬度も高く傷がつき難く、また割れ難い。

なお、上記実施形態では、情報処理デバイスとしてＣＰＵ５０ａやドライバ（第１ドライバ５４ａ、第２ドライバ５４ｂ、および第３ドライバ５４ｃ）を例にあげたが、外部との通信や情報処理にともなって発熱する無線通信部５１、バックライトユニットの発光等にともなって発熱する画像表示デバイス５２、圧電素子の振動にともなって発熱する圧電振動素子５５や外部スピーカ５６、画像情報処理にともなって発熱する撮像部５８、電流の出力にともなって発熱する電池５９なども情報処理デバイスの１つであり、これらのデバイスと透光性カバー基板１とを伝熱部を介して熱的に接続しても構わない。このように、情報処理デバイスとしては発熱するものであれば、その種類は特に限定されない。電子機器１００のように、情報処理デバイスがＣＰＵ５０ａを含む場合、ＣＰＵ５０ａは特に多くの熱を発し易いので、ＣＰＵ５０ａが単結晶体１１と熱的に接続していることで、このＣＰＵ５０ａの温度上昇を原因とする動作不良を抑制することができる。

上述の実施形態では、伝熱部１１０の一部（第１伝熱体１１１）を熱伝導率が比較的高く、かつ絶縁性も高いサファイアで構成したが、他の実施形態として、第１伝熱体１１１を例えばＣｕ等の金属で構成してもよい。第１伝熱体１１１が導電性を有しても構わない場合、第１伝熱体１１１を例えばＣｕ等の金属で構成することで、伝熱部１１０全体の熱伝導率を比較的高くすることができる。

上述のように透光性カバー基板１は、画像表示面５２ａの画像が表示される表示部分と、表示部分を取り囲む周縁部分とを有しており、伝熱部１１０は周縁部分に当接しているので、伝熱部１１０が画像表示面５２ａの画像を遮ることが防止されている。より詳しくは、画像表示面５２ａの画像を遮る遮光層７が設けられており、伝熱部１１０は遮光層７と接続しており、この遮光層７によって伝熱部１１０も操作者の視界から遮られている。また上述のように、遮光層７を例えば熱伝率の高い、金属を主成分とする遮光フィルム等で形成することで、伝熱部１１０による放熱の効果を充分高くできる。

図６は、電子機器の他の実施形態（電子機器１００’）について説明する断面図である。図６に示す実施形態では、図４に示す実施形態と同様の構成については図４と同じ符号を付して示している。電子機器１００’では、ＣＰＵ５０ａと各ドライバ（図４には第１ドライバ５４ａのみを図示）は例えばサファイアからなる絶縁性回路基板５１’（以降、単に回路基板５１’ともいう）の表面に実装されている。電子機器１００’では、少なくとも１つの情報処理デバイス（本実施形態ではＣＰＵ５０ａ、および第１ドライバ５４ａ）と透光性カバー部材１とを熱的に接続する伝熱部１１０’を有する。伝熱部１１０’は、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする単結晶（すなわちサファイア）からなる第１伝熱体１１１と、第１伝熱体１１１と回路基板５１’との間に配置された接着層１１２と、遮光フィルム７と、第１伝熱体１１１と透光性カバー部材１との間（より詳しくは遮光フィルム７との間）に配置された接着層１１３とを有し、本実施形態ではさらに回路基板５１’を含めて構成されている。サファイアは絶縁性が高いので、銀や銅等からなる金属配線等を表面に形成することができるので、回路基板の絶縁性基板としても好適に用いることができる。この絶縁性基板がサファイアからなる回路基板５１’も熱伝導率が比較的高いので、伝熱部材１１０の一部として好適に用いることができる。

また、回路基板として、例えば銅などからなる金属製の基板の表面に樹脂等からなる絶縁性膜を形成した基板を用いてもよい。例えば銅などからなる金属製の基板も熱伝導率が比較的高いので、伝熱部１１０’を介して透光性カバー基板１に熱が伝わり易い。また、回路基板として、例えばガラス繊維の布にエポキシ樹脂をしみ込ませ熱硬化処理した絶縁性基板に金属からなる配線で回路が形成された樹脂回路基板等を用いてもよいし、セラミック基板に金属からなる配線で回路が形成されたセラミック回路基板を用いてもよい。絶縁性回路基板を用いる場合なども、例えば金属やサファイア等の比較的熱伝導率が高い材質を用いて、絶縁性基板の表面に熱伝導経路となる熱伝導パターンを形成しておき、この熱伝導パターンと伝熱部１１０’を熱的に接続しておくことが好ましい。この場合、ＣＰＵ５０ａや各ドライバが発した熱が、熱伝導パターンを経て伝熱部１１０’に伝わり易い。

このように、透光性カバー基板１に熱を伝えるための伝熱部材の構成や形状、および材質等は特に限定されない。本実施形態のように伝熱部１１０’は、情報処理デバイスが配置される回路基板５１’を含んで構成されている場合、情報処理デバイスや第１伝熱体１１１のケース体３内での配置位置を比較的自由に設計でき、電子機器１００’全体の大きさをコンパクトにすることもできる。

本実施形態においては、ケーシング２は、ポリカーボネート樹脂等を主成分としている。ケーシング２の主成分としては、例えば、ポリカーボネート樹脂、ＡＢＳ樹脂あるいはナイロン系樹脂等の樹脂材料、透光性カバー基板と同じ材料などの当業者が通常用いる部材であればよく、特に制限されない。ケーシング２は、１つの部材のみで構成されても良いし、複数の部材が組み合わされて構成されても良い。

上述の各実施形態では、透光性カバー基板１の単結晶体１１と伝熱部材１１０とが熱的に接続する例を示したが、例えばケーシング２の一部をサファイアからなる単結晶体で構成して、このケーシング２の単結晶体と伝熱部材１１０とを熱的に接続してもよい。

画像表示デバイス５２は、いわゆる液晶表示パネルであって、図示しないバックライトユニットと図示しない液晶層とを有している。画像表示デバイス５２の画像表示面５２ａに表示される画像情報は、バックライトユニットのＬＥＤランプから発せられた白色光が、画像表示デバイス５２が備える液晶層を透過することで部分的に着色されることで形成されている。すなわち、ＬＥＤランプから発せられた白色光が液晶層を通過する際に、透過する光の波長範囲が部分毎に制限されることで透過光の色が変更され、様々な色や形をもつ文字、記号、図形などを表す画像情報が画像表示面５２ａに形成される。このように画像表示面５２ａに形成された画像情報を表す光は、透光性カバー部材１の一方主面１Ａから入射して他方主面１Ｂから出射して電子機器１００の操作者（使用者）の眼に入り、この操作者は画像情報が表す文字、記号、図形等を認識する。

タッチパネル５３は、例えば、投影型静電量容量方式のタッチパネルであって、透光性カバー基板１の他方主面１Ｂに対する使用者の操作を検出する。タッチパネル５３は、透光性カバー基板１の一方主面１Ａの側に貼り付けられており、互いに対向配置されたシート状の２つの電極センサーを備えている。２つの電極センサーは透明粘着性シートによって貼り合わされている。

一方の電極センサーには、それぞれがＸ軸方向（例えば電子機器１００の左右方向）に沿って延在し、かつ互いに平行に配置された複数の細長いＸ電極が形成されている。他方の電極センサーには、それぞれがＹ軸方向（例えば電子機器１００の上下方向）に沿って延在し、かつ互いに平行に配置された複数の細長いＹ電極が形成されている。透光性カバー基板１の他方主面１Ｂに対して使用者の指が接触すると、その接触箇所の下にあるＸ電極及びＹ電極の間の静電容量が変化することによって、タッチパネル５３において透光性カバー基板１の他方主面１Ｂに対する操作が検出される。タッチパネル５３において生じる、Ｘ電極及びＹ電極の間の静電容量変化は制御部５０に伝達され、制御部５０は当該静電容量変化に基づいて透光性カバー基板１の他方主面１Ｂに対して行われた操作の内容を特定し、それに応じた動作を行う。

圧電振動素子５５は、受話音を電子機器１００の使用者に伝えるためのものである。圧電振動素子５５は、制御部５０から与えられる駆動電圧によって振動させられる。制御部５０は、受話音を示す音信号に基づいて駆動電圧を生成し、当該駆動電圧を圧電振動素子５５に印加する。圧電振動素子５５が、制御部５０によって受話音を示す音信号に基づいて振動させられることによって、電子機器１００の使用者には受話音が伝達される。このように、制御部５０は、音信号に基づいて圧電振動素子５５を振動させる駆動部として機能する。圧電振動素子５５については後で詳細に説明する。

外部スピーカ５６は、制御部５０からの電気的な音信号を音に変換して出力する。外部スピーカ５６から出力される音は、電子機器１００の裏面１０１に設けられたスピーカ穴２０から外部に出力される。

マイク５７は、電子機器１００の外部から入力される音を電気的な音信号に変換して制御部５０に出力する。電子機器１００の外部からの音は、当該電子機器１００の裏面１０１に設けられたマイク穴２１から当該電子機器１００の内部に取り込まれて、マイク５７に入力される。

撮像部５８は、撮像レンズ５８ａ及び撮像素子などで構成されており、制御部５０による制御に基づいて、静止画像及び動画像を撮像する。

電池５９は、電子機器１００の電源を出力する。電池５９から出力された電源は、電子機器１００が備える制御部５０や無線通信部５１などに含まれる各電子部品に対して供給される。

＜圧電振動素子の詳細＞
図７、８は、それぞれ、圧電振動素子５５の構造を示す上面図及び側面図である。図７、８に示されるように、圧電振動素子５５は一方向に長い形状を成している。具体的には、圧電振動素子５５は、平面視で長方形の細長い板状を成している。圧電振動素子５５は、例えばバイモルフ構造を有しており、シム材５５ｃを介して互いに貼り合わされた第１圧電セラミック板５５ａ及び第２圧電セラミック板５５ｂを備えている。シム材５５ｃがなく、圧電セラミック板と電極とが交互に積層され、厚み方向の上側の圧電セラミク板と下側のセラミック板とで分極方向を異ならせた積層型圧電振動素子でもよい。

圧電振動素子５５では、第１圧電セラミック板５５ａに対して正の電圧を印加し、第２圧電セラミック板５５ｂに対して負の電圧を印加すると、第１圧電セラミック板５５ａは長手方向に沿って伸び、第２圧電セラミック板５５ｂは長手方向に沿って縮むようになる。これにより、図９に示されるように、圧電振動素子５５は、第１圧電セラミック板５５ａを外側にして山状に撓むようになる。

一方で、圧電振動素子５５では、第１圧電セラミック板５５ａに対して負の電圧を印加し、第２圧電セラミック板５５ｂに対して正の電圧を印加すると、第１圧電セラミック板５５ａは長手方向に沿って縮み、第２圧電セラミック板５５ｂは長手方向に沿って伸びるようになる。これにより、図１０に示されるように、圧電振動素子５５は、第２圧電セラミック板５５ｂを外側にして山状に撓むようになる。

圧電振動素子５５は、図９の状態と図１０の状態とを交互にとることによって、撓み振動を行う。制御部５０は、第１圧電セラミック板５５ａと第２圧電セラミック板５５ｂとの間に、正の電圧と負の電圧とが交互に現れる交流電圧を印加することによって、圧電振動素子５５を撓み振動させる。

なお、図７〜１０に示される圧電振動素子５５では、シム材５５ｃを間に挟んで貼り合わされた第１圧電セラミック板５５ａ及び第２圧電セラミック板５５ｂから成る構造が一つだけ設けられていたが、複数の当該構造を積層させても良い。

＜圧電振動素子の配置位置＞
図１１は、透光性カバー基板１を一方主面１Ａ側から見た際の平面図である。圧電振動素子５５は、両面テープ等の接着剤によって、透光性カバー基板１の一方主面１Ａに貼り付けられている。圧電振動素子５５は、透光性カバー部材１の一方主面１Ａにおいて、この透光性カバー基板１を一方主面１Ａ側から見た平面視で画像表示デバイス５２及びタッチパネル５３とは重ならない位置に配置されている。

＜圧電振動素子の振動による受話音の発生について＞
本実施の形態では、圧電振動素子５５が透光性カバー基板１を振動させることによって、当該透光性カバー基板１から気導音及び伝導音が使用者に伝達されるようになっている。言い換えれば、圧電振動素子５５自身の振動が透光性カバー基板１に伝わることにより、当該透光性カバー基板１から気導音及び伝導音が使用者に伝達されるようになっている。

ここで、気道音とは、外耳道孔（いわゆる「耳の穴」）に入った音波（空気振動）が鼓膜を振動させることによって、人の脳で認識される音である。一方で、伝導音とは、耳介が振動させられ、その耳介の振動が鼓膜に伝わって当該鼓膜が振動することによって、人の脳で認識される音である。以下に、気導音及び伝導音について詳細に説明する。

図１２は気導音及び伝導音を説明するための図である。図１２には、電子機器１００の使用者の耳の構造が示されている。図１２においては、波線４００は気道音が脳で認識される際の音信号（音情報）の伝導経路を示しており、実線４１０は伝導音が脳で認識される際の音信号の伝導経路を示している。

透光性カバー基板１に取り付けられた圧電振動素子５５が、受話音を示す電気的な音信号に基づいて振動させられると、透光性カバー基板１が振動して、当該透光性カバー基板１から音波が出力される。使用者が、電子機器１００を手に持って、当該電子機器１００の透光性カバー基板１を当該使用者の耳介２００に近づけると、あるいは当該電子機器１００の透光性カバー基板１を当該使用者の耳介２００に当てると、当該透光性カバー基板１から出力される音波が外耳道孔２１０に入る。透光性カバー基板１からの音波は、外耳道孔２１０内を進み、鼓膜２２０を振動させる。鼓膜２２０の振動は耳小骨２３０に伝わり、耳小骨２３０が振動する。そして、耳小骨２３０の振動は蝸牛２４０に伝わって、蝸牛２４０において電気信号に変換される。この電気信号は、聴神経２５０を通って脳に伝達され、脳において受話音が認識される。このようにして、透光性カバー基板１から使用者に対して気導音が伝達される。

また、使用者が、電子機器１００を手に持って、当該電子機器１００の透光性カバー基板１を当該使用者の耳介２００に当てると、耳介２００が、圧電振動素子５５によって振動させられている透光性カバー基板１によって振動させられる。耳介２００の振動は鼓膜２２０に伝わり、鼓膜２２０が振動する。鼓膜２２０の振動は耳小骨２３０に伝わり、耳小骨２３０が振動する。そして、耳小骨２３０の振動は蝸牛２４０に伝伝わり、蝸牛２４０において電気信号に変換される。この電気信号は、聴神経２５０を通って脳に伝達され、脳において受話音が認識される。このようにして、透光性カバー基板１から使用者に対して伝導音が伝達される。図１５では、耳介２００内部の耳介軟骨２００ａも示されている。

なお、ここでの伝導音は、骨導音（「骨伝導音」とも呼ばれる）とは異なるものである。骨導音は、頭蓋骨を振動させて、頭蓋骨の振動が直接蝸牛などの内耳を刺激することによって、人の脳で認識される音である。図１５においては、例えば下顎骨３００を振動させた場合において、骨伝導音が脳で認識される際の音信号の伝達経路を複数の円弧４２０で示している。

このように、本実施の形態に係る電子機器１００では、圧電振動素子５５が前面の透光性カバー基板１を適切に振動させることによって、透光性カバー基板１から電子機器１００の使用者に対して気導音及び伝導音を伝えることができる。本実施の形態に係る圧電振動素子５５では、使用者に対して適切に気導音及び伝導音を伝達できるように、その構造が工夫されている。使用者に対して気導音及び伝導音を伝えることができるように電子機器１００を構成することによって様々メリットが発生する。

例えば、使用者は、透光性カバー基板１を耳に当てれば音が聞こえることから、電子機器１００において耳を当てる位置をそれほど気にすることなく通話を行うことができる。

また、使用者は、周囲の騒音が大きい場合には、耳を透光性カバー基板１に強く押し当てることによって、伝導音の音量を大きくしつつ、周囲の騒音を聞こえにくくすることができる。よって、使用者は、周囲の騒音が大きい場合であっても、適切に通話を行うことができる。

また、使用者は、耳栓やイヤホンを耳に取り付けた状態であっても、透光性カバー基板１を耳（より詳細には耳介）に当てることによって、電子機器１００からの受話音を認識することができる。また、使用者は、耳にヘッドホンを取り付けた状態であっても、当該ヘッドホンに透光性カバー基板１を当てることによって、電子機器１００からの受話音を認識することができる。

＜受話口の穴（レシーバ用の穴）について＞
携帯電話機などの電子機器では、当該電子機器の内部に設けられたレシーバ（受話用スピーカ）から出力される音を当該電子機器の外部に取り出すために、前面の透光性カバー基板１に受話口の穴があけられることがある。

本実施の形態に係る電子機器１００では、透光性カバー基板１が振動することによって受話音が発生することから、電子機器１００に受話口の穴が無くても、受話音を適切に使用者に伝えることができる。透光性カバー基板１はアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする単結晶体であって、強化ガラス等とも比べて非常に硬い。さらに、各種薬品に対する耐性も非常に高い。このようなアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする単結晶体を加工して、例えが受話口の穴をあける加工を行う場合は、例えばレーザー加工装置等の高額な製造装置が必要となったり、加工に要する時間が長くなってしまい、製造コストが比較的大きくなる場合がある。本実施形態の透光性カバー基板１は受話口の穴を有さないので、この穴加工にかかるコストが生じず、電子機器１００の製造コストが小さい。また、透光性カバー基板１に受話口の穴を有さないので、透光性カバー基板１の強度が比較的高く維持されている。また、本実施の形態では、電子機器１００の表面に受話口の穴がないことから、受話口の穴から水やほこり等が入るといった問題が発生しない。よって、電子機器１００では、この問題に対する防水構造や防塵構造が不要となり、電子機器１００のさらなるコストダウンを図ることができる。

＜伝熱部材の配置位置について＞
図２や図１１に示されるように、伝熱部材１１０は、圧電振動素子５５が配置されている場所から比較的遠く離した場所に配置されている。圧電振動素子５５は、操作者が受話音を聞く為に耳や顔を近づける部分に配置されている。伝熱部材１１０が配置されている場所はケース部材３の内部で発生した熱が透光性カバー基板１に伝わる場所であり、透光性カバー基板１の伝熱部材１１０に対応する部分は比較的温度が上昇し易い。操作者が過度に熱いと感じないようにするためたに、伝熱部１１０をこのような操作者が受話音を聞く為に耳や顔を近づける部分から話して配置しておくことが好ましい。例えば透光性カバー基板１が長方形状である場合、透光性カバー基板１を長方形状の長辺方向に沿って２つの領域に分けて、圧電振動素子５５が配置される領域と、伝熱部材１１０が配置される領域とを異ならせておくことが好ましい。

なお、上述の例では、スマートフォン端末やタブレット端末に適用する場合を例にあげて説明したが、同様の構成をスマーフォン端末やタブレット端末や携帯電話機以外の電子機器にも適用することができる。例えば、ゲーム機、ノートパソコン、ポータブルナビゲーションシステムなどに適用することができる。また本願発明は、上記各実施形態に限定されず、要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。

１透光性カバー基板
１Ａ一方主面
１Ｂ他方主面
５０制御部
５２画像表示デバイス
５２ａ画像表示面
５３タッチパネル
５５圧電振動素子
１００電子機器

Claims

透光性カバー基板を備えるケース体と、
前記ケース体の内部に配置された、画像表示面を有する画像表示デバイスと、
前記ケース体の内部に配置された複数の情報処理デバイスと、
複数の前記情報処理デバイスの少なくとも１つと前記透光性カバー基板とを熱的に接続する伝熱部とを備え、
前記透光性カバー基板は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする単結晶板であり、前記画像表示面に対向する一方主面と、前記一方主面と反対側の他方主面とを有し、前記画像表示面の画像が表示される表示部分と、前記表示部分を取り囲む周縁部分とを有しており、
前記少なくとも１つの情報処理デバイスは前記周縁部分に対向して配置されており、
前記伝熱部は、前記少なくとも１つの情報処理デバイスと前記周縁部の間に配置されており、
前記伝熱部は、アルミナ（Ａｌ _２Ｏ _３）の単結晶または金属を主成分とする高熱伝導体と、前記高熱伝導体と前記情報処理デバイスの少なくとも１つと接続した第１接着層と、前記高熱伝導体と前記周縁部分と接続した第２接着層とを備えていることを特徴とする電子機器。
前記周縁部分には、前記単結晶板の表面に、前記画像表示面の画像を遮る遮光層が設けられており、前記伝熱部は前記遮光層と接続していることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
前記情報処理デバイスは、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）を含み、前記ＣＰＵが前記単結晶板と熱的に接続していることを特徴とする請求項１または２に記載の電子機器。
前記透光性カバー基板に配置された、圧電振動素子をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電子機器。
前記圧電振動素子は、音信号に基づいた駆動電圧が印加されて振動することを特徴とする請求項４に記載の電子機器。
前記圧電振動素子は、平面視で長方形の細長い板状であることを特徴とする請求項４または５に記載の電子機器。
前記圧電振動素子は、画像表示デバイスとは重ならない位置に配置されていることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の電子機器。