WO2006075440A1

WO2006075440A1 - 圧電アクチュエータおよび電子機器

Info

Publication number: WO2006075440A1
Application number: PCT/JP2005/020820
Authority: WO
Inventors: Yasuhiro Sasaki; Nozomi Toki; Yasuharu Onishi; Ukyo Mori
Original assignee: Nec Corporation
Priority date: 2005-01-11
Filing date: 2005-11-14
Publication date: 2006-07-20
Also published as: JPWO2006075440A1

Abstract

　圧電アクチュエータ（１１０）は、圧電セラミックス（１１３，１１４）の電圧印加による変位を利用して振動を発生する圧電振動子（１１１）を有している。圧電振動子（１１１）には、その表面の一部に振動伝達部材（１１５）が接合され、圧電アクチュエータ（１１０）は、この振動伝達部材（１１５）を被振動体（１２０）に接合して電子機器に取り付けられる。

Description

明細書

圧電ァクチユエータおよび電子機器

技術分野

[0001] 本発明は、電気信号に応じて振動を発生する圧電ァクチユエータ、および圧電ァクチユエータの発生する振動を利用して信号、特に音響信号を出力する電子機器に関する。

背景技術

[0002] 昨今、携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、 PDAなど小型で携帯可能な電子機器が盛んに利用されるようになってきている。電子機器においては、ネットワークシステム、ソフトウェアの発展とともに、その応用に広がりが見られ、利用者の利便性が高められてきている。このような携帯可能な電子機器の発展に伴って、場所を選ばず、振動や音波を利用し、情報伝達を正確に行う高機能デバイスの重要性が高まつている。そのために、スピーカ、マイクロホン、受音装置、バイブレータなどを利用した振動 ·音響信号伝達の品質向上が要求されて、る。このような振動 ·音響信号伝達の改善に関する従来技術としては、特開平 11— 298997号公報、特開 2003— 1691 18号公報、特開 2003— 125473号公報、特開 2004— 200729号公報、特開 200 4— 221881号公報に開示された技術が知られている。

[0003] 従来、携帯電話などの電子機器における、このような振動'音響信号伝達用デバイスの振動源としては、電磁型の振動源が用いられてヽることが多、。

[0004] このような電磁型振動源としては、例えば、図 1Aに示すように、電磁式の回転モータ 913の回転軸 912に分銅 911を偏心させて接合した構成のものが知られてヽる。この構成では、分銅 911にかかる遠心力によって振動が発生し、この振動は筐体、あるいは、音響信号発生用または振動信号発生用の弾性体などの被振動体 914に伝えられ、それによつて、所望の情報伝達のための音または振動の信号を得ている。

[0005] また、電磁型の振動源を利用した他の従来例の音響信号発生機構を搭載した電子機器の断面図を図 1Bに示す。この音響信号発生機構には、電圧印加により、振動膜に設けられたコイルが上下運動する構成の電磁型の発音体 922が利用されている。電磁型の発音体 922から放射される音響エネルギーは、電子機器の筐体 921 に設けられた、電磁型の発音体 922に近接した音孔 923を通じて、人体の耳道に直接放射され、これが音響信号として認識される。

[0006] 携帯電話などの電子機器に用いられる振動源には、電子機器の小型化の要望の高まりのために、ますます軽量化、薄型化、小型化が求められている。特に、高機能化の進展により、新たなデバイスを搭載する必要のある電子機器において、図 1A, 1 Bに示したような従来の電磁型の振動源に対しては、電子機器内における占有体積を低減することが 1つの重要な課題となっている。この解決策として、電磁型の振動源の代わりに、それと比較して小型化、薄型化が可能な圧電セラミックスなどの、電圧印加時の変位を利用した圧電素子を用いることが注目され、その利用方法の検討が盛んに行われている。

[0007] 図 1Cは、このように振動源として圧電素子を用いた例として、特開平 11 298997 号公報に開示された音響信号発生機構の構成を示している。この例では、圧電素子 931は音源として、筐体 932に一面を固着されて設けられている。この音源力も発せられる音波が、図 1Cには図示していないが、図 1Bに示した従来例と同様に、筐体 9 32に設けられた音孔を通じて筐体 932の外部に放射される。

[0008] し力しながら、図 1Cに示される従来例のように、圧電素子 931を筐体 932などの支持体に直接接合すると、支持体の剛性によって圧電素子 931が拘束され、振動が抑制されてしまうという問題がある。

[0009] また、図 1Bに示すように音孔 923を有する電子機器においては、空気中に浮遊する塵、埃、湿気などが音孔 923を通って電子機器内に浸入し、電子機器が誤動作するのを抑制する必要がある。そのため、音孔 923は、小さなものとする必要があり、例えば携帯電話端末において、特に音孔 923の直径は、 5mm以下とせざるをえない。音孔 123がこのように小さなものであるため、音孔 923を介して放射される音響エネルギ一は減じられてしまうのを避けられない。このため、利用者に伝達される音圧のレベルが小さくなつてしまい、特に、利用者が、繁華街など、雑音の多い環境下で通話する際に、音声信号を聞き取りに《なってしまうという問題がある。

[0010] また、音孔 923を介して音響エネルギーを放射する構成では、人体の耳穴位置に対して音孔 923を正確に配置しないと、音響エネルギーが耳道に効率良く伝播されない。したがって、音孔 923が耳道力もずれた状態で使用した場合には、利用者に伝達される音圧のレベルは大きく低下してしまい、正確な音声伝達が困難になるという問題がある。特に、夜間など、照明のない暗がりでの利用時には、小さな音孔を耳道に合わせるのは困難な場合があり、実用上の不便を生じる。

[0011] また、発音体 922と音孔 923の距離が離れていると、発音体 922からの音響エネルギ一が、電子機器の筐体 921内に漏れ出るため、筐体 921や、搭載された電子部品に当たって反射する。その結果、新たな音波が合成され、あるいは音波の干渉によつて減衰が生じるため、正確な音声伝達が困難になる。このため、発音体 922から発せられる音響エネルギーを効率よく電子機器外部に放射するためには、音孔 923と発音体 922とを隣接させ、あるいは近接させることが好ましい。そのために、電子機器筐体内の部品配置の自由度が制限されてしまうという問題が生じる。

[0012] また、昨今、折り畳み型携帯電話端末装置において、装置を折り畳んだ状態で通話できるようにすることが求められるなど、電子機器の、特定の位置に耳を当てなくても音声を聞き取れるようにすると、ぅ巿場の要望がある。音孔 923から音響エネルギ一を放射する構成では、音声を聞き取ることが可能な位置が、発音体 922と音孔 92 3の配置位置によって制限されるため、このような要望に応えるのが困難である。発明の開示

[0013] 本発明は、上記のような従来技術の問題を解消するためになされたものである。本発明の目的は、圧電素子を用いて効率よく振動を伝達することができる圧電ァクチュエータ、およびそれを搭載した電子機器、特に、圧電ァクチユエータを用いて音響信号を明瞭に、かつ簡易に利用者に伝達することができる電子機器を実現することにある。

[0014] このために、本発明の圧電ァクチユエータは、電圧印加により屈曲振動する板状の圧電振動子を有している。圧電振動子の表面の一部には、被振動体に振動を伝達する働きをする振動伝達部材が接合されて、る。

[0015] 圧電振動子は、振動伝達部材が接合された部分以外は拘束されておらず、自由に屈曲振動することができる。このため、この構成では、圧電振動子によって効率的に振動を発生させることができる。そして、圧電振動子の発生した振動を、振動伝達部材を介して、音響信号または振動信号発生用の弾性体や電子機器の筐体に伝達して、効率的に振動 ·音響信号を発生させることができる。

[0016] 振動伝達部材は、圧電振動子の振動を妨げないように、圧電振動子の面積の、比較的少ない割合を占める構成とするのが好ましい。特に、圧電振動子を矩形の平面形状とした場合、振動伝達部材は、圧電振動子の長手方向の長さの 50%以下の長さとするのが好ましい。

[0017] 本発明の電子機器には、このような圧電ァクチユエータが、その振動伝達部材が、被振動体としての弾性体または筐体に接合されて取り付けられている。

[0018] 特に、筐体を被振動体とした構成の場合、筐体の振動は、振動信号として利用することができ、あるいは、筐体の振動によって音響信号を発生させることもできる。

[0019] 筐体の振動によって音響信号を発生させる構成の場合、筐体に、筐体内部から、人が耳を当てることができる位置に通じる貫通孔として音道を設けるのが好ましい。それによって、音道を覆うように耳を当てた利用者に伝達される音響信号の音圧レベルを、広、周波数にわたって比較的高、レベルにすることができる。

[0020] さらに、音道を、筐体の、人が耳をあてた時に耳によって覆われる範囲内に複数配置することによって、伝達される音響信号の音圧レベルを広、周波数にわたってより均一なものとする作用が得られる。したがって、音質を良好なものとすることができる。また、音波を通す素材からなり、音道を覆う音響調整用フィルタを設けることによっても音質の改善を図ることができる。

[0021] また、複数の音道を、筐体の、人が耳をあてた時に耳によって覆われる範囲に入らない距離だけ離れた位置に設けてもよい。この場合、どの音道を覆う位置に耳をあてた時にも、良好な音響信号の伝達を実現できる。したがって、種々の位置に耳をあてる利用形態での使用を可能とし、利便性を高めることができる。

図面の簡単な説明

[0022] [図 1A]従来例の振動発生機構を示す模式図である。

[図 1B]他の従来例の音響信号発生機構を示す模式図である。

[図 1C]さらに他の従来例の、圧電素子を用いた音響信号発生機構を示す模式図である。

[図 2]本発明の一実施形態の圧電ァクチユエータの斜視図である。

圆 3]本発明の圧電ァクチユエータを利用して、電子機器の筐体を振動させる構成の一例を示す断面図である。

圆 4A]本発明の圧電ァクチユエータを利用して、電子機器の筐体を振動させ、音響信号伝達を行う他の構成例を示す断面図である。

[図 4B]図 4Aの電子機器に耳を当てている状態を示す図である。

[図 4C]図 4Bを模式的に示した断面図である。

圆 5A]本発明の圧電ァクチユエータを利用して、電子機器の筐体を振動させ、音響信号伝達を行うさらに他の構成例を示す断面図である。

[図 5B]図 5Aの構成の変形例を示す断面図である。

圆 6]本発明の圧電ァクチユエータを利用して、電子機器の筐体を振動させ、音響信号伝達を行うさらに他の構成例を示す断面図である。

[図 7A]実施例 1の圧電ァクチユエータを示す斜視図である。

圆 7B]図 7Aの圧電ァクチユエータを取り付けた擬似筐体を模式的に示す斜視図である。

[図 7C]図 7Bの a— a '線に沿った断面図である。

圆 8]図 7Bの構成において、振動伝達部材の長さを変化させた時の、擬似筐体の振動速度量の変化を示すグラフである。

[図 9A]各実施例において、利用者に伝達される音圧レベルを計測するのに用いた擬似耳を模式的に示す断面図である。

[図 9B]図 9Aの擬似耳の斜視図である。

圆 9C]図 9Aの擬似耳を擬似筐体に当てた状態を示す模式図である、

圆 10]図 7Bの構成において、振動伝達部材の長さを変化させた時の、擬似耳によつて計測した音圧レベルの変化を示すグラフである。

[図 11A]実施例 2の、圧電ァクチユエータを擬似筐体に取り付けた、音響信号伝達のための構成を模式的に示す斜視図である。

[図 11B]図 11Aの A— A'線に沿った断面図である。 [図 12]実施例 2の構成での音圧レベルと従来技術に対応する構成での音圧レベルの計測結果を示すグラフである。

[図 13A]実施例 3の、圧電ァクチユエータを擬似筐体に取り付けた、音響信号伝達のための構成を模式的に示す斜視図である。

[図 13B]図 13Aの B— B'線に沿った断面図である。

[図 14]実施例 3の構成での音圧レベルと従来技術に対応する構成での音圧レベルの計測結果を示すグラフである。

[図 15A]実施例 4の、圧電ァクチユエータを擬似筐体に取り付けた、音響信号伝達のための構成を模式的に示す斜視図である。

[図 15B]図 15Aの C— C'線に沿った断面図である。

[図 16]実施例 4の構成での音圧レベルと従来技術に対応する構成での音圧レベルの計測結果を示すグラフである。

[図 17A]実施例 5の、圧電ァクチユエータを擬似筐体に取り付けた、音響信号伝達のための構成を模式的に示す斜視図である。

[図 17B]図 17Aの D— D'線に沿った断面図である。

[図 18]実施例 5の構成での音圧レベルと従来技術に対応する構成での音圧レベルの計測結果を示すグラフである。

[図 19A]実施例 6の、圧電ァクチユエータを擬似筐体に取り付けた、音響信号伝達のための構成を模式的に示す斜視図である。

[図 19B]図 19Aの E— E'線に沿った断面図である。

圆 20]図 19Aの擬似筐体に擬似耳を当てた状態を示す模式図である。

[図 21]実施例 6の構成での音圧レベルと従来技術に対応する構成での音圧レベルの計測結果を示すグラフである。

圆 22A]実施例 7の、携帯電話に圧電ァクチユエータを取り付けた構成を模式的に示す斜視図である。

[図 22B]図 22Aの F— F'線に沿った断面図である。

[図 23]実施例 7の構成での音圧レベルの計測結果を示すグラフである。

発明を実施するための最良の形態 [0023] 本発明の一実施形態の圧電ァクチユエータ 110を図 2に示す。この圧電ァクチユエータ 110は、矩形のシム板 112の両面に、ほぼ同幅の矩形板状の圧電セラミックス 1 13, 114が接合されて構成された矩形板状の圧電振動子 111を有している。圧電セラミックス 113, 114は、予め分極処理を施されている。図示していないが、各圧電セラミックス 113, 114の主面には電極が形成されている。この両電極間に電圧を印加することによって、一方の圧電セラミックスが長さ方向に伸び、他方のセラミックスが長さ方向に縮む。このような両圧電セラミックス 113, 114の伸び縮みが繰り返されることによって、圧電振動子 111はその厚み方向に屈曲振動する。

[0024] 圧電ァクチユエータ 110は、圧電振動子 111に取り付けられた振動伝達部材 115 をさらに有している。振動伝達部材 115は、圧電振動子 111の長さ方向の一部のみに延びており、図に示す例では、幅方向に圧電振動子 111の周囲を囲んでいる。この振動伝達部材 115は、図 2に示すように、電子機器の筐体や、音響信号または振動信号発生用の専用の弾性体などの被振動体 120に接合されて電子機器に搭載される。この構成では、圧電ァクチユエータ 110自体が信号を発生するのではなぐ被振動体 120の振動が信号発生に利用される。

[0025] この構成によれば、圧電振動子 111は、振動伝達部材 115が接合された、長さ方向の一部分のみで拘束を受け、他の部分では自由に屈曲振動することができる。このため、本実施形態の圧電ァクチユエータ 110によれば、圧電振動子 111の変位量を大きなものとすることができ、効率的に振動を発生することができる。後述する実施例において示されるように、圧電振動子 111の大きな変位量を確保し、効率的な振動発生を確保するために、振動伝達部材 115の長さ L2は、圧電振動子 111の長さ L 1の 50%以下とするのが好ましい。

[0026] 圧電振動子 111の発生した振動は、振動伝達部材 115を介して被振動体 120〖こ伝達される。この際、本実施形態の圧電ァクチユエータ 110は振動伝達部材 115を介して被振動体 120に接合されるため、従来の、圧電振動子の全面を筐体などの支持体に接合した構成に比べて、接合面積が小さくなる。その結果、接合面の剛性を小さく抑えることができ、それによつて被振動体 120への効率的な振動伝達が可能となる。これによつても、効率的な振動発生が促進される。 [0027] 本実施形態の圧電ァクチユエータ 110は、特に、電子機器の筐体を被振動体として信号を発生する機構として好適に用いることができる。次に、このような構成について説明する。

[0028] 図 3は、上述の圧電ァクチユエータ 110を電子機器の筐体 200に取り付けた構成例を示す断面図である。なお、同図においては、筐体 200内の電子部品や基板などの構成の図示は省略している。また、筐体 200の形状も、単純な直方体形状として図示しているが、他の複雑な形状を有していてもよいことは言うまでもない。これは、以下の図面についても同様である。

[0029] 図 3に示す構成において、圧電ァクチユエータ 110は筐体 200の内面に、振動伝達部材 115を接合することによって取り付けられている。この構成によれば、圧電ァクチユエータ 110によって、筐体 200全体を満遍なく振動させることができる。

[0030] この振動は、振動自体を利用者に認識させて、例えば、携帯電話機において電話が着信したことを知らせる信号として利用することができる。

[0031] また、この筐体 200の振動によって、利用者に認識可能な音響信号を出力することもできる。この場合、後述する実施例において示すように、特に、利用者が、筐体 20 0に耳を密着させることによって、筐体 200と利用者の耳道との間に形成される空間内の空気を、筐体 200の機械的な振動によって揺動させ、この空気に音響的な共鳴を起こさせて、利用者が認識可能な音響エネルギーが発生するようにするのが有利である。すなわち、圧電ァクチユエータ 110による筐体 200の機械的振動を適切なものとすることによって、筐体 200の振動自体は、認識可能な音響エネルギーを周囲に放出するほど大きなものとしなくても、利用者の耳道と筐体 200との間の空間の空気を共鳴させ、この共鳴によって、高音圧レベルの音波を発生するようにすることができる。

[0032] V、ずれにしても、本実施形態の音響信号発生機構では、圧電ァクチユエータ 110 は、機械的振動の発生源として利用されるものであり、それ自体が音響信号を出力する機構として働くものではない。そして、圧電ァクチユエータ 110による筐体 200全体の振動を音響信号発生に利用するので、従来技術において、音響信号発生機構力の音を外部に取り出すために必要とされた音孔に相当する構成は必要な、。また、圧電ァクチユエータ 110によって筐体 200全体を振動させる構成であるため、圧電ァクチユエータ 110の設置位置は限定されず、従来の音響信号発生機構の場合のように、利用者が耳を当てる所定の位置に、音孔に近接して発音体を配置する必要があるのに比べて、配置の自由度が高くなる。したがって、特に、多数の電子部品が筐体内に搭載された携帯電話のように、部品配置の制約が大きい電子機器において、他の電子部品の配置に影響しない任意の空きスペースに圧電ァクチユエータ 110を配置することができる。また、圧電ァクチユエータ 110は、電磁式の音響信号発生機構に比べて小型化が容易なので、小さな空きスペースを利用することができる。これらのことによって、実装搭載上の効率ィ匕を図ることができる。

[0033] なお、圧電ァクチユエータ 110は、例えば、電子機器の液晶画面を保護する透明プラスチックなど、筐体 200の主要部とは異なる部分に接合してもよい。本明細書では、このような、筐体の主要部に接合された部材についても、説明を簡単にするために、単に「筐体」として説明する。

[0034] 上記のように、密着させた耳と筐体 200との間の空間において共鳴を起こさせる構成によれば、共鳴を利用し、また、筐体 200の、耳を密着させた領域全体を、音波を発生する振動エネルギーの伝達面、すなわち音響放射面として利用でき、音響放射面を、音孔が音響放射面となる従来技術よりも広くとることができる。本実施形態の装置は、これらのことによって、高音圧レベルの音波を容易に発生することができる。したがって、聴感が良ぐ明瞭な音響信号の伝達が可能となり、周囲に騒音がある場合でも、利用者が音響信号を容易に認識可能とすることができる。

[0035] また、筐体 200に耳を密着させた利用者のみが、認識可能な音圧レベルの音響信号を受け取るようにすることができる。言い換えれば、耳を筐体 200に密着させないと、音響伝播が効率良くおこなわれず、したがって、周囲には音響信号がほとんど漏れないようにすることができ、音声情報の秘匿性を保護できるという利点が得られる。さらには、筐体 200全体が振動し、その振動を音響エネルギーの発生に利用するため、従来技術におけるように、耳を音孔に合わせる必要がなぐ音響信号を認識するための利用者の操作が容易になる。

[0036] 図 3に示す構成で、空気の共鳴を利用して音響信号を発生する場合、後述する実施例にも示すように、特に、 1kHz以上の周波数領域において、従来技術よりも高い音圧レベルが得られる。

[0037] これは、筐体 200の、その形状、材質などによって決まる固有振動数あるいは共振周波数と、先に述べた耳道と電子機器の筐体 200間の空間内における共鳴周波数力 1kHz以上においてほぼ一致するためと考えられる。すなわち、圧電ァクチユエータ 110によって筐体 200を振動させる場合、筐体 200の共振周波数において筐体 200の機械的振動が大きくなる。言い換えれば、筐体 200の振動は、機械的共振周波数で、あるいはその近傍で効率よく行われる。したがって、機械的共振周波数に近い周波数の音波を発生するために、その周波数の振動を筐体 200に発生させる際には、筐体 200を効率的に振動させることができ、大きな振動によって音波を発生させることができる。

[0038] そして、電子機器の筐体 200、特に、携帯電話のように持ち運んで利用されるように構成されたものは、運搬時に人的な失敗による落下などのために電子機器が破壊されるのを防止するため、機械的に高剛性に設計されている。そのために、筐体 200 の機械的振動の共振周波数が高くなつている。このため、 1kHzより高い周波数の振動を発生する際に、その周波数が筐体 200の振動周波数に近くなるため、効率的に筐体 200を振動させることができる。

[0039] また、耳と筐体 200との間の空間においては、その音響的な共鳴周波数のために、 1kHz以上の音波に対して、高い音圧レベルが得られやすい。このことと、筐体 200 の共振周波数のために効率的に筐体 200を振動させることができることとの相乗効果によって、高い音圧レベルが得られる。

[0040] 次に、図 2の圧電ァクチユエータ 110を利用して音波を発生する他の構成について図 4Aを参照して説明する。

[0041] 図 4Aの構成では、圧電ァクチユエータ 110が、その振動伝達部材 115を電子機器の筐体 300の内面に接合することによって、筐体 300に取り付けられているのは図 3 の構成と同様である。この筐体 300には、筐体 300の内部空間から筐体 300の、利用者が耳を密着させる表面上に通じる小さな孔が設けられて、る。この筐体 300の孔は、以下の説明から理解されるように、従来技術における、筐体内の音響信号発生機構の発生する音を外部に取り出すための音孔とは異なる働きをするものであり、従来技術における音孔と区別するため、本明細書においては、音道 301と称する。

[0042] この電子機器は、図 4Bに示すように、利用者 310が音響信号を聴く際に、この音道 301が設けられた所の周囲に耳外郭 311を密着させて使用するように意図されている。図 4Cは、耳外郭 311を筐体 300に密着させた状態を分力りやすくするために、耳外郭 311を直方体状の形状を有するものとして簡略ィ匕して示した断面図である。

[0043] 図 4Aに示す構成では、後述する実施例において示すように、 1kHz以下の周波数の音波の音圧レベルを改善することができる。これは、図 4Cにおいて、耳外郭 311と筐体 300との間の空間 315が、音道 301を介して筐体 300内の空間 305とつながつているためと考えられる。すなわち、この場合、空間 305と空間 315が複合された空間の占める容積のために、この容積内の空気に対して 1kHzより十分低い周波数で、音響的な共鳴周波数を付与することができる。そして、 1kHzより十分低い周波数で、音響的な共鳴周波数が存在することによって、 1kHz以下の周波数においても、共鳴の効果によって音圧レベルを改善することができる。また、この際、耳外郭 311と筐体 300との間の空間 315は、依然としてほぼ密閉された状態になっている。このため、前述したように、この空間 315での共鳴のために、 1kHz以上の周波数における音圧レベルが高くなる効果が依然として維持される。したがって、図 4Aのように音道 30 1を設けた構成では、より広範囲の周波数領域において、高い音圧レベルを得ることができる。

[0044] 昨今、インターネット網の整備に伴って、それを利用した種々のサービスが提供されている。特に音楽情報を、インターネット網を介して配信し、携帯電話などの電子機器を利用して聴くサービスを利用する利用者が多くなつてきている。そこで、上記のように広範囲の周波数領域にぉ、て高、音圧レベルが得られるようにすることによつて、利用者は、様々な周波数の音を含む音楽を良好に聴くことが可能となる。

[0045] 次に、図 5Aを参照して、図 2の圧電ァクチユエータ 110を利用して音波を発生するさらに他の構成について説明する。

[0046] 図 5Aに示す構成では、筐体 400に 2つの音道 401, 402が設けられている。 2つの音道 401, 402は、同図に示すように、利用者が耳をあてた時に、耳外郭 311によつて覆われる領域に両方の音道 401, 402力 S位置するように意図されて、る。

[0047] 後述する実施例において示すように、図 3, 4Aに示す構成では、音圧レベル一周波数特性において、特定の周波数で音圧レベルがやや低下する現象が見られる。これは、電子機器より放射される音響エネルギーと、人体の耳で反射する音響エネルギ一が、相打消す現象が発生するためと考えられる。これに対して、図 5Aに示すように、 2つの音道 401, 402を設けると、特定の周波数での音圧レベルの低下が緩和される。これは、利用者の耳で反射された音響エネルギーが一方の音道 401または 40 2を通り、再度、他方の音道 401または 402を通じて、耳に向けて放射されるためと考えられる。

[0048] さらに、図 5Bに示すように、音道 401, 402を塞ぐように音響調整用フィルタ 410を設けると、より平坦な音圧レベルの周波数特性を得ることができる。これは、音響調整用フィルタ 410による摩擦効果のため、密閉空間における共鳴周波数による、突出した音圧レベルを抑制できるためと考えられる。音響調整用フィルタ 410としては、音波を十分通過させるものを選定する必要があり、薄肉スポンジ、薄肉榭脂、薄肉金属、メッシュ状の布などを用いるのが好まし、。

[0049] 以上のように、本実施形態の圧電ァクチユエータによれば、圧電振動子の発生する振動によって被振動体を効率的に振動させることができる。そして、圧電ァクチユエータを、電子機器の筐体に固定し、筐体を被振動体として音響信号を伝達する構成によれば、従来技術に比べて高い音圧レベルでの音声伝達が可能であり、したがつて正確な音響信号伝達が可能である。さらに、本実施形態における、筐体を振動させて音響信号を伝達する構成では、従来技術におけるように、音孔に耳位置を合わせなくても良好な音声伝達が可能である。したがって、折り畳み式携帯電話で夜間、暗闇で通話するといつた利用形態の時でも使用に困難をきたすことがなぐまた、折り畳んだ状態で音楽を聴くといった利用の仕方も可能になる。

[0050] なお、以上説明した本実施形態は、本発明を例示するものであり、本発明の範囲内で種々の修正が可能である。

[0051] 例えば、圧電振動子 111は、図 2に示す構成に限られることはなぐ屈曲振動を生じる矩形板状の種々の構成のものを用いることができる。振動伝達部材 115は、図 2 に示すように、圧電振動子 111の周囲を囲む構造とすれば、圧電振動子 111と振動伝達部材 120との結合の耐久性を高くすることができるので好ましい。しかし、被振動体 120に接合される面側にのみ振動伝達部材を接合した構造としてもよい。また、振動伝達部材 115の、圧電振動子の長さ方向の位置は、端部付近としても、中央付近としてちよい。

[0052] 圧電ァクチユエータ 110によって筐体全体を振動させる構成において、音道を設ける場合、音道は電子機器の筐体の複数の位置に設けてもよい。この際、音道は、従来技術における音孔のように、音響信号発生機構力もの音を外部に放出する働きをするものではない。したがって、ある音道に耳を当てた時、他の音道が、耳によって覆われず、外部に開放した状態となっても、後述する実施例において示すように、音圧レベルが低下することはほとんどない。そして、この構成によれば、複数の音道のいずれが設けられた位置に耳を当てても、上述した、低周波数の音圧レベルが向上する効果、および、特定の周波数での音圧レベルの低下が緩和される効果が得られる。そして、電子機器の筐体の複数個所に音道が配置することによって、利用者が、良好な音響信号を受け取るために音道に耳を合わせるのに、困難をきたすことが少なくなり、利便性の向上が図られる。

[0053] このように複数の音道を設けた構成例を図 6に示す。この構成例では、筐体 500の、図面上の上部と下部に、耳を当てた時に耳外郭内に同時に位置させることができる 2つの対の音道 501, 502と 503, 504力 ^それぞれ酉己置されている。

[0054] 本発明の圧電ァクチユエータを配置する電子機器としては、ノート型パーソナルコンピュータ、 PDAなど種々のものが考えられる力代表的なものとして携帯電話がある。図 22A, 22Bは、本発明の圧電ァクチユエータ 110を搭載した一例の携帯電話を示している。

[0055] この携帯電話は、上部筐体 811と下部筐体 813とがヒンジ機構 815を介して連結された折り畳み式の携帯電話であり、図 22A, 22Bには、折り畳んだ状態での斜視図と断面図を示している。詳細には示していないが、ヒンジ機構 815は、例えば、上部筐体 811と下部筐体 813を、図 22Aの左右方向に延びる軸線の周りに揺動させることができる機構を有するものであってよい。ヒンジ機構 815は、上部筐体 811を、その長手方向軸線の周りに回転させて反転させることができる機構をさらに含むものであつてもよい。

[0056] 上部筐体 811には、アンテナ 812、液晶ディスプレイ 822が搭載され、下部筐体 81 3には、電池パック 814が着脱可能に装着されている。上部筐体 811と下部筐体 813 内には、動作制御用の種々の電子部品が搭載された回路基板 820, 821がそれぞれ搭載されている。また、携帯電話には、図示していないが、音声入力用のマイクや、外部との接続用のコネクタなどが適宜搭載されている。

[0057] 本実施形態の圧電ァクチユエータ 610は、上部筐体 811の、液晶ディスプレイ 822 が設けられたのとは反対側の面の内面に取り付けられている。上部筐体 811の、液晶ディスプレイ 822が設けられたのとは反対側の面には、円形の貫通孔として音道 8 16a, 817a, 816b, 817bが設けられている。音道 816a, 817aは、上端部側に設けられ、音道 816b, 817bは、ヒンジ機構 815側に設けられている。

[0058] これらの音道は、 816aと 817a、 816bと 817bがそれぞれ対となって比較的近い位置に配置され、利用者が耳をあてた時に一方の対の音道が耳によって覆われ、他方は覆われない状態となるように意図されている。利用者が耳をあてた時に、一対の音道が耳外郭内に位置することによって、前述のように、特定の周波数で音圧レベルが低下する現象の影響が低減される。

[0059] さらに、離れた位置に音道の対を配置することによって、前述のように、利便性が高められる。例えば、図に示す例では、上部筐体 811の上端部付近に設けられた音道 816a, 817aは、携帯電話を開いた状態で通話する際に利用するのに都合のよいように意図された位置に配置されている。一方、上部筐体 811のヒンジ機構 815側に配置された音道 816b、 817bは、例えば、携帯電話を折り畳んだ状態で音楽を聴くのに都合のよいように意図された位置に配置されている。またさらに、上部筐体 811の、液晶ディスプレイ 822が設けられた側に音道を配置して、それを通話に利用できるようにしてもよい。

[0060] 各対の音道 816a, 817aと 816b、 817bは、音響調整用フイノレタ 818a, 818bによつて覆われている。それによつて、前述のように、周波数に対する音圧レベルの変化の少ない良好な音響信号出力が可能である。 [0061] (実施例 1)

本発明の圧電ァクチユエータの振動伝播効率、および圧電ァクチユエータを用いた音響信号発生機構の音響放射効率を調べるために、図 7Aに示される圧電振動子を作製した。この圧電振動子は、 2枚の圧電セラミックス板 613, 614と、長さ 26mm 幅 5mm、厚さ 0. 1mmのステンレス板 612をエポキシ接着剤で接合して構成されている。この圧電振動子には、両主面に Ag電極を形成して分極処理が施されている。圧電振動子は、全体として長さが 25mm、幅が 5mm、厚さが 0. 2mmである。電気結線を施した圧電振動子の端部には、 ABS榭脂により作製した幅 6mm、厚さ 2. 5m mで、圧電振動子を幅方向に囲む構造の振動伝達部材 611が、圧電セラミックス 61 3, 614の端部から 2mmの位置に固定されている。圧電振動子の長さ L1に対する、振動伝達部材 611の長さ L2の比の違、による影響を調べるため、振動伝達部材 61 1として、長さ L2力 2. 5mm 5mm 7. 5mm 10mm, 12. 5mm 15mm, 17. 5 mm (圧電振動子の長さ LIの 10% 70%)のものをそれぞれ取り付けたサンプルを用总し 7 o

[0062] 一方、図 7B, 7Cに示されるように、長さ 90mm、幅 45mm、厚さ 20mmの直方体形状の、電子機器の擬似筐体 621を、肉厚 2mmのアクリル材料で作製した。その後、各サンプルの圧電ァクチユエータ 610を、その振動伝達部材 611を擬似筐体 621 の内面に接合して、擬似筐体 621の主面の中心位置に取り付けた。

[0063] このようにして作製した各サンプルについて、圧電ァクチユエータ 610に lVrms 5 00Hzの交流正弦波電圧を印加して、圧電ァクチユエータ 610に振動を発生させた。そして、この時に擬似筐体 621に伝達される、表面中心部の実効的振動速度量を計測した。計測結果を図 8に示す。図 8において、縦軸には、振動伝達部材 611の長さ L2を 2. 5mmとした場合の実効的振動速度量を 1とした規格ィ匕振動速度量を取っている。図 8から、振動伝達部材 611の長さ L2の、圧電振動子の長さ L1に対する比率が 50%を超えると、基準化振動速度量が急峻に低下し、すなわち、圧電ァクチユエータ 610の振動伝達効率が低下することが分かる。このことから、圧電ァクチユエータ 610を、筐体を振動させるための機構として用いる場合、振動伝達部材 611の長さ L 2の、圧電振動子の長さ L1に対する比率は 50%以下とするのが好ま、ことが分かる。

[0064] また、筐体に耳を密着させて音響信号を聴いた時の音圧レベルを評価するため、図 9A, 9Bに示されるように、人体の耳を擬似した人工の擬似耳 710を作製した。この擬似耳 710は、長さ 60mm、幅 40mm、厚さ 20mmの直方体の箱状で、一面が開放された構造を有しており、シリコン榭脂 712を基体として作製した。開放された面の縁部分にはシリコンゴム 711を配置した。また、箱の中心には、外径 10mm、高さ 3m mのマイクロホン 713を配置した。

[0065] 次に、音響特性の評価方法について説明する。図 9Cに示されるように、擬似耳 71 0の長さ方向端部を、擬似筐体 621の長さ方向上側端部に合わせ、互いに密着させた。その後、圧電ァクチユエータ 610の電気端子に lVrms、 500Hzの交流正弦波電圧を印加して、圧電ァクチユエータ 610に振動を発生させた。この時、擬似耳 710 に取り付けられたマイクロホン 713の電気端子 714, 715を介して、擬似耳 710内における音圧レベルを計測した。

[0066] 計測結果を図 10に示す。音圧レベルについても、振動速度量の計測と同様に、振動伝達部材 611の長さ L2を変化させた各サンプルについて計測を行った。図 10の縦軸には、振動伝達部材 611の長さ L2を 2. 5mmとした場合の音圧レベルを 1とした規格ィ匕音圧レベルを取っている。図 10から、振動伝達部材 611の長さ L2の、圧電振動子の長さ L1に対する比率が 50%を超えると、基準化音圧レベルが急峻に低下し、すなわち、圧電ァクチユエータ 610による音響放射効率が低下することが分かる。このことから、圧電ァクチユエータ 610を、筐体を介して音響信号を発生するための機構として用いる場合、振動伝達部材 611の長さ L2の、圧電振動子の長さ L1に対する比率は、 50%以下とするのが好まし、ことが分かる。

[0067] (実施例 2)

本実施例では、本発明による圧電ァクチユエータを用いて音響信号を出力した場合と、図 1Bに示すような従来技術の、電磁式の発音体を用いて音響信号を出力した場合との比較を行った。

[0068] 本発明による圧電ァクチユエータのサンプルとしては、図 7Aに示す、実施例 1と同様のものを用意し、振動伝達部材 611の長さ L2は 5mm (圧電振動子の長さ L1の 20 %)としたものを用いた。そして、この圧電ァクチユエータ 610を、図 11A, 11Bに示すように、実施例 1と同様の擬似筐体 621に、圧電ァクチユエータ 610の振動伝達部材 611と擬似筐体 621の内面とをエポキシ接着剤で接合して取り付けた。この際、圧電ァクチユエータ 610は、振動伝達部材 611の底部中心位置を、擬似筐体 621の長さ方向下側端面より 20mmの位置に合わせ、圧電ァクチユエータ 610の長さ方向が、擬似筐体 621の幅方向と平行になるように配置した。

[0069] 一方、対比する従来技術に対応する構成として、上記と同様の擬似筐体に音孔を形成し、その音孔に近接して電磁型発音体を取り付けたものを用意した。音孔は、長さ方向上側端面より 20mmの位置に、外形 3mmの貫通孔として形成した。電磁型発音体としては、外径 15mm、厚さ 3mmのものを用い、それを、音孔と中心を合わせて配置した。

[0070] 音圧レベルの計測には、実施例 1と同様の、図 9A、 9Bに示す擬似耳 710を用いた。この擬似耳 710を、本発明の圧電ァクチユエータを用いた場合と、従来技術の構成とのそれぞれについて、図 9Cに示すように、擬似耳 710の長さ方向端部を、擬似筐体の長さ方向上側端部に合わせて配置して音圧レベルの計測を行った。圧電ァクチユエータ 610を用いた場合の計測は、圧電ァクチユエータ 610の電気端子に実効値 IVの交流電界を印加し、交流電界の周波数を 100Hzから 10kHzまで変化させて行った。従来技術に対応する構成においても、電磁型発音体から発生する音の周波数を 100Hzから 10kHzまで変化させて計測を行つた。

[0071] 計測結果を図 12に示す。同図から、本発明の圧電ァクチユエータを用いた本実施例の場合には、 1kHz以下で、 1kHz以上に比べて音圧レベルが低下するものの、概ね従来技術に対応する構成より高い音圧レベルを得られることが分かる。

[0072] (実施例 3)

本実施例では、図 13A, 13Bに示されるように、擬似筐体 631に音道 632を形成した以外は実施例 2と同様にして、音圧レベルの計測を行った。音道 632としては、擬似筐体 631の幅方向端面より 20mm、長さ方向上側端面より 20mmの位置に、外径 2mmの貫通孔を設けた。なお、本実施例では、音道 632の形状は円形としたが、本発明にお、て音道の形状は円形に限定されるものではな!/、。 [0073] 計測結果を、実施例 2と同様に、従来技術に対応する構成の場合の計測結果と共に図 14に示す。同図から、本実施例の構成では、 700Hz近傍で、擬似筐体 631からの音波と擬似耳 710で反射した音波の干渉の影響と考えられる音圧レベルの低下が見られる。また、 600Hz近傍で音圧レベルが特異的に高くなる応答が見られる。し力しながら、 1kHz以下でも、実施例 2 (図 12)の場合より高い音圧レベル値が得られることが分かる。この結果から、音道 632を設けることによって、 1kHz以下の周波数の音響信号の音圧レベルを向上させることができるという効果が確認できた。

[0074] (実施例 4)

本実施例では、図 15A, 15Bに示されるように、擬似筐体 641に 2つの音道 642, 6 43を形成した以外は実施例 2と同様にして、音圧レベルの計測を行った。音道 642, 643としては、擬似筐体 641の長さ方向上側端面より 20mm、幅方向端面より 20mm の位置と、 25mmの位置にそれぞれ外径 2mmの貫通孔を設けた。計測時、両音道 642, 643は、擬似耳 710の開口内に位置する。なお、本実施例では、音道 642, 6 43の形状は互いに同様の円形としたが、本発明において音道の形状は円形に限定されるものではなぐまた、形状、大きさは両音道の間で異なっていてもよい。

[0075] 計測結果を、実施例 2と同様に、従来技術に対応する構成の場合の計測結果と共に図 16に示す。同図から、本実施例の構成では、 1kHz以下の音圧レベルが従来例と比較して向上するとともに、実施例 2 (図 12)で観察された 700Hz近傍での音圧レベルの低下が改善されていることが分かる。これは、実施形態において説明したように、耳外郭内に同時に配置される 2つの音道を設けることによって、擬似耳 710に効率良く音響エネルギーの伝達が行われたためと考えられ、 2つの音道を設けることによる効果が確認できた。

[0076] (実施例 5)

本実施例では、図 17A, 17Bに示されるように、音響調整用フィルタ 645を、音道 6 42, 643を塞ぐように配置した他は、実施例 4と同様にして、音圧レベルの計測を行つた。音響調整用フィルタ 645としては、 # 500のナイロンメッシュを用い、エポキシ接着剤を用いて擬似筐体 641に接合した。なお、本実施例では音響調整用フィルタ 645としてナイロンメッシュを用いた力音波を透過できる榭脂フィルムや金属薄膜を用いてもよい。

[0077] 計測結果を、実施例 2と同様に、従来技術に対応する構成の場合の計測結果と共に図 18に示す。同図から、本実施例の構成でも、実施例 3 (図 12)で観察された 700 Hz近傍での音圧レベルの低下が改善されていることが分かる。さらに、本実施例の構成では、実施例 3, 4 (図 14, 16)で観察された、 600Hz近傍で音圧レベルが特異的に高くなる現象が改善され、音圧レベル周波数特性の平坦ィ匕が図られたことが分かる。これは、実施形態において説明したように、音響調整用フィルタを設けることで、特定の周波数で強く音響エネルギーの伝播が行われるのを防ぐことができるためと考えられ、音響調整用フィルタを設けることによる効果が確認できた。

[0078] (実施例 6)

本実施例では、図 19A, 19Bに示されるように、擬似筐体 651の上端付近と下端付近に、対の音道 652, 653と 654, 655を設けた。また、各対の音道 652, 653および 654, 655に対して、それらの音道を塞ぐように音響調整用フィルタ 657をそれぞれ設けた。

[0079] 擬似筐体 651の外形、大きさ、圧電ァクチユエータ 610の配置は、実施例 2〜5と同様である。音道 652, 653は、擬似筐体 651の長さ方向上側端面より 20mm、幅方向端面より 20mmと 25mmの位置に、音道 652, 653は、擬似筐体 651の長さ方向下側端面より 10mm、幅方向端面より 20mmと 25mmの位置にそれぞれ配置した。各音道 652, 653, 654, 655は、外径 2mmの貫通孔である。音響調整用フィルタ 657 としては、実施例 5と同様に、 # 500のナイロンメッシュを、エポキシ接着剤を用いて擬似筐体 651に接合した。

[0080] 音圧レベルは、実施例 2〜5と同様、図 9Cに示すように、擬似耳 710の長さ方向端部を、擬似筐体 621の長さ方向上側端部に合わせて計測した。また、図 20に示すように、擬似耳 710の長さ方向端部を、擬似筐体 621の長さ方向下側端部に合わせての計測も行った。前者の擬似耳上側配置の場合には、擬似耳 710の開口内に音道 652, 653力立置し、音道 654, 655は擬似耳 710に覆われな!/、状態となる。後者の擬似耳下側配置の場合には、逆に、音道 654, 655が擬似耳 710の開口内に位置し、音道 652, 653は擬似耳 710に覆われない状態となる。他の計測条件は実施例 2〜5と同様である。

[0081] 計測結果を、実施例 2と同様に、従来技術に対応する構成の場合の計測結果と共に図 21に示す。同図から、本実施例の構成でも、計測した全周波数領域に渡って音圧レベルが従来例と比較して向上することが分かる。また、擬似耳上側配置の場合と擬似耳下側配置の場合とで、音圧レベルはほとんど変わっていない。このことから、本発明の構成では、圧電ァクチユエータに対する、耳を当てる相対位置が変わっても、ほとんど同レベルの音響信号を聴くことができることが分かる。さらに、本実施例における音圧レベルは、実施例 5と比較してもほとんど差がなぐ本発明の構成では、音道を多数設けても音圧レベルが低下することがないことも分かる。

[0082] なお、本実施例では、対の音道 652, 653と 654, 655を、擬似筐体 651の同じ面に配置した例を示したが、異なる面に音道を設けてもよぐさらに多数の音道を設けてもよい。

[0083] (実施例 7)

実施例 1から実施例 6では、電子機器を模した擬似筐体で計測を行った例を示した力本実施例では、電子機器として携帯電話を作製し、本発明の効果を確認した。

[0084] 携帯電話としては、図 22A, 22Bに示すような構成のものを作製した。上部筐体 81 1と下部筐体 813は、肉厚 2mmのアクリル材料で作製し、上部筐体 811の大きさは、長さ 90mm、幅 45mm、厚さ 15mm、下部筐体 813の大きさは、長さ 90mm、幅 45 mm、厚さ 15mmとした。音道 816a, 817a, 816b, 817bとしては、上咅筐体 811の幅方向端面より 20mm、 25mm,長さ方向上側端面より 20mm、および長さ方向下側端面より 10mmの位置に、外形 2mmの貫通孔をそれぞれ形成した。音響調整用フィルタ 818a, 818bとしては、通気性のある、 # 500のナイロンメッシュを用い、ェポキシ接着剤を用いて上部筐体 811に接合した。圧電ァクチユエータ 610は、エポキシ接着剤を用いて上部筐体 811の内面に接合した。配置は、振動伝達部材 611の底部中心位置を上部筐体 811の長さ方向下側端面より 20mmの位置に合わせ、ァクチユエータの長さ方向が、擬似筐体の幅方向と平行になるようにした。

[0085] 音圧レベルの計測には、前の実施例と同様の、図 9A, 9Bに示す擬似耳 710を用いた。そして、圧電ァクチユエータの電気端子に実効値 IVの交流電界を、周波数を 100Hzから 10kHzまで変化させて印加した時の音圧レベルを計測した。計測は、擬似耳 710の長さ方向端部を、上部筐体 811の長さ方向上側端部に合わせた擬似耳上側配置、上部筐体 811の長さ方向下側端部に合わせた擬似耳下側配置のそれぞれについて行った。擬似耳上側配置では、音道 816a, 817aが擬似耳 710によって覆われ、音道 816b, 817bは開放された状態である。擬似耳下側配置では、音道 81 6b, 817bが擬似耳 710によって覆われ、音道 816b, 817bは開放された状態である。

計測結果を図 23に示す。同図から、本実施例によれば、実際の複雑な構成を有する携帯電話においても、広範囲の周波数領域で音圧レベルが高ぐまた周波数に対する音圧レベルの変化の少ない良好な音響信号伝達が可能であることが確認できた

Claims

請求の範囲

[1] 電圧印加により屈曲振動する板状の圧電振動子と、該圧電振動子の表面の一部に接合され、被振動体に振動を伝達する働きをする振動伝達部材とを有し、前記圧電振動子は、前記振動伝達部材が接合された部分以外は拘束されていない、圧電ァクチユエータ。

[2] 前記圧電振動子は矩形の平面形状を有し、前記振動伝達部材は、前記圧電振動子の長手方向の長さの 50%以下の長さを有している、請求項 1に記載の圧電ァクチユエータ。

[3] 請求項 1または 2に記載の圧電ァクチユエータと、該圧電ァクチユエータの前記振動伝達部材が接合された、前記被振動体としての弾性体とを有する電子機器。

[4] 請求項 1または 2に記載の圧電ァクチユエ一タカ該圧電ァクチユエータの前記振動伝達部材を筐体の内面に接合することによって取り付けられ、該筐体を前記被振動体としている、電子機器。

[5] 前記圧電ァクチユエータによる前記筐体の振動を、振動信号として出力する、請求項 4に記載の電子機器。

[6] 前記圧電ァクチユエータによる前記筐体の振動によって音響信号を出力する、請求項 4または 5に記載の電子機器。

[7] 利用者が前記筐体に耳を当てた時に、該利用者に音響信号を伝達する電子機器であって、前記筐体に、該筐体内部から、人が耳を当てることができる位置に通じる貫通孔として音道が設けられている、請求項 6に記載の電子機器。

[8] 前記音道として、前記筐体の、人が耳をあてた時に耳によって覆われる範囲内に配置された複数のものを含む、請求項 7に記載の電子機器。

[9] 前記音道として、前記筐体の、人が耳をあてた時に耳によって覆われる範囲に入らない距離だけ離れたものを含む、請求項 7または 8に記載の電子機器。

[10] 音波を通す素材力なり、前記音道を覆う音響調整用フィルタをさらに有する、請求項 7から 9のいずれか 1項に記載の電子機器。