WO2013145357A1 - 振動装置およびそれを用いた携帯端末 - Google Patents

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WO2013145357A1
WO2013145357A1 PCT/JP2012/069416 JP2012069416W WO2013145357A1 WO 2013145357 A1 WO2013145357 A1 WO 2013145357A1 JP 2012069416 W JP2012069416 W JP 2012069416W WO 2013145357 A1 WO2013145357 A1 WO 2013145357A1
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WO
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vibration
diaphragm
amplitude
vibration element
vibration device
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/069416
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
悟 岩崎
高橋　徹
靖人 藤井
春美 林
Original Assignee
京セラ株式会社
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Publication date
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Priority to KR1020137010414A priority patent/KR101487268B1/ko
Priority to US13/993,440 priority patent/US9219222B2/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H10N30/204—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R7/00—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones
    • H04R7/02—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones characterised by the construction
    • H04R7/04—Plane diaphragms
    • H04R7/045—Plane diaphragms using the distributed mode principle, i.e. whereby the acoustic radiation is emanated from uniformly distributed free bending wave vibration induced in a stiff panel and not from pistonic motion
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/88—Mounts; Supports; Enclosures; Casings
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2499/00—Aspects covered by H04R or H04S not otherwise provided for in their subgroups
    • H04R2499/10—General applications
    • H04R2499/11—Transducers incorporated or for use in hand-held devices, e.g. mobile phones, PDA's, camera's

Definitions

  • the present invention relates to a vibration device and a portable terminal using the vibration device.
  • the above-described conventional vibration device needs to have a sufficient space between the vibration element and the vibration plate so that the vibration element and the vibration plate do not come into contact with each other when an impact is applied. There was a problem that it was difficult.
  • the vibration of the vibration plate becomes weak depending on the position where the vibration element is attached. This has been clarified by the inventors' investigation.
  • the present invention has been devised in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a vibration device capable of reducing the thickness and generating strong vibrations and a portable terminal using the vibration device. .
  • the vibration device of the present invention is supported by a support, a peripheral edge joined to the support, a first part joined to the support, and the support located inside the first part.
  • a diaphragm having a second part that is not joined, and a surface on one side in the first direction are joined to the second part of one main surface of the diaphragm, and an electric signal is input
  • An interval between the vibration element and the first portion in a third direction perpendicular to the first direction is a first interval
  • an interval between the vibration element and the first portion in the second direction is a second interval. Then, the first interval is larger than the second interval. It is an.
  • the portable terminal of the present invention includes at least the vibration device and an electronic circuit that generates an electric signal input to the vibration element.
  • the vibration device of the present invention it is possible to obtain a vibration device that can be thinned and can generate strong vibration.
  • the portable terminal of the present invention it is possible to obtain a portable terminal that can be thinned and can clearly transmit voice information.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A ′ in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line B-B ′ in FIG. 1.
  • It is a top view which shows typically the state which saw through the support body of the vibration apparatus shown in FIG.
  • It is a perspective view which shows typically the vibration element in the vibration apparatus shown in FIG. (A)-(e) is a top view for demonstrating the structure of the vibration element shown in FIG.
  • FIG. (A)-(e) is a top view for demonstrating the structure of the vibration element shown in FIG.
  • FIG. is a figure for demonstrating the structure of the vibration element shown in FIG.
  • FIG. is a perspective view which shows typically the portable terminal of the 2nd example of embodiment of this invention.
  • FIG. 9 is a sectional view taken along line C-C ′ in FIG. 8.
  • FIG. 9 is a sectional view taken along line D-D ′ in FIG. 8. It is a graph which shows the sound pressure of the sound produced
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a vibration device of a first example of an embodiment of the present invention.
  • 2 is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ in FIG.
  • FIG. 4 is a plan view schematically showing a state seen through the support 11 of the vibration device 15 shown in FIG. FIG. 4 shows a state viewed from the ⁇ z direction side. 2 to 4, the detailed structure of the vibration element 14 is not shown in order to facilitate drawing.
  • the first direction (the z-axis direction in the figure) is the thickness direction
  • the second direction perpendicular to the first direction is the width direction
  • the first direction and the third direction (y-axis direction in the figure) perpendicular to the second direction are rectangular parallelepiped shapes.
  • the vibration device 15 of this example includes a support 11, a vibration plate 12, and a vibration element 14.
  • the support 11 has a box shape with one surface opened.
  • the support 11 can be preferably formed using a material such as a synthetic resin having high rigidity and elasticity, but may be formed using another material such as a metal.
  • the support 11 may have a shape other than a box shape, for example, a frame shape. Further, the support 11 need not be a single object.
  • the support 11 may be composed of a plurality of objects.
  • the diaphragm 12 has a rectangular thin plate shape, and the first direction (z-axis direction in the figure) is the thickness direction, and the second direction (x-axis direction in the figure) is the width direction. The third direction (the y-axis direction in the figure) is the length direction. Further, the diaphragm 12 is supported by supporting the peripheral edge of one main surface (the main surface on the ⁇ z direction side in the drawing) to the support 11, the first portion 12 a bonded to the support 11, It has the 2nd part 12b which is located inside the 1 part 12a and is not joined to the support body 11.
  • the diaphragm 12 can be formed preferably using a material having high rigidity and elasticity such as acrylic resin or glass.
  • the thickness of the diaphragm 12 is set to about 0.4 mm to 1.5 mm, for example.
  • various existing adhesives can be used for joining the support 11 and the diaphragm 12.
  • the vibration element 14 has a rectangular parallelepiped shape, the first direction (z-axis direction in the figure) is the thickness direction, and the second direction (x-axis direction in the figure) is the length direction,
  • the third direction (the y-axis direction in the figure) is the width direction. That is, the vibration element 14 is arranged so that the length direction of the vibration element 14 matches the width direction of the vibration plate 12 and the width direction of the vibration element 14 matches the length direction of the vibration plate 12.
  • the vibration element 14 has a surface on one side in the first direction (+ z direction side in the figure) joined to a second portion 12b of one main surface of the vibration plate 12 (main surface on the ⁇ z direction side in the figure). ing.
  • the vibration element 14 is bonded to a position in the second portion 12b that is centered in the second direction (x-axis direction in the figure) and biased to one side in the third direction (+ y direction side in the figure). Has been.
  • FIG. 5 is a perspective view schematically showing the vibration element 14.
  • FIGS. 6A to 6E are plan views schematically showing the shapes of the electrodes 21 to 25 included in the vibration element 14.
  • FIG. 7 is a diagram schematically showing the positional relationship of the electrodes 21 to 25 in the first direction (the z-axis direction in the drawing) and the polarization state of the piezoelectric layer 27 disposed between the electrodes 21 to 25. It is.
  • FIGS. 6A to 6D show a state viewed from one side in the first direction (+ z direction side in the figure), and FIG. 6E shows the other side in the first direction. It shows a state viewed from (the ⁇ z direction side in the figure).
  • the laminated body 20, the first to third terminal electrodes, and the piezoelectric layer 27 are not shown.
  • the vibration element 14 includes the stacked body 20, a first terminal electrode 41, a second terminal electrode 42, and a third terminal electrode (not shown).
  • the first terminal electrode 41 and the first terminal electrode 41 and the second end of the stacked body 20 are disposed on one end face (+ x direction side in the figure) in the second direction so as to straddle both end faces in the first direction (z axis direction in the figure).
  • Two terminal electrodes 42 are arranged.
  • a third terminal electrode (not shown) is disposed on the end surface of the other side of the stacked body 20 in the second direction ( ⁇ x direction side in the figure).
  • the laminated body 20 includes a plurality of piezoelectric layers 27 polarized in a first direction (z-axis direction in the figure) and a plurality of flat electrodes 21 to 25 alternately along the first direction. Arranged and configured.
  • the electrode 23 is disposed on the surface of one side (the + z direction side in the drawing) of the stacked body 20 in the first direction.
  • the electrode 25 is disposed on the surface of the stacked body 20 on the other side in the first direction (the ⁇ z direction side in the drawing).
  • a plurality of electrodes 21, electrodes 22, and electrodes 24 are arranged inside the stacked body 20.
  • the electrode 21 or the electrode 22 and the electrode 23 or the electrode 24 or the electrode 25 are alternately arrange
  • the electrode 21 has a structure in which one end of a rectangular lead portion 21b is connected to one end of a rectangular main body portion 21a formed at a distance from the side surface of the laminate 20. The other end of the lead portion 21 b is connected to the first terminal electrode 41.
  • the electrode 22 has a structure in which one end of a rectangular lead portion 22b is connected to one end of a rectangular main body portion 22a formed at a distance from the side surface of the laminate 20. The other end of the lead portion 22 b is connected to the second terminal electrode 42.
  • Each of the electrodes 23, 24, 25 has a rectangular shape in which only one end in the length direction is exposed on the side surface of the stacked body 20. One end in the length direction of each of the electrodes 23, 24, and 25 is connected to a third terminal electrode (not shown).
  • the piezoelectric layer 27 disposed between the electrodes 21 to 25 is polarized in a direction indicated by an arrow in FIG. That is, one side of the first direction (+ z direction side in the figure) is polarized in the direction from the electrode 21 to the electrodes 23 and 24, and the other side of the first direction ( ⁇ z direction side in the figure).
  • the electrodes 24 and 25 are polarized in the direction from the electrodes 22.
  • the electrodes 21 and 22 are at the same potential
  • the electrodes 23, 24, and 25 are at the same potential
  • An AC voltage is applied so that a potential difference is generated.
  • the vibration element 14 is configured such that the polarization direction with respect to the direction of the electric field applied at a certain moment is reversed between one side and the other side in the first direction (z-axis direction in the drawing).
  • the vibration element 14 bends and vibrates in the first direction so that the amplitude changes along the second direction perpendicular to the first direction when the electric signal is input.
  • the vibration element 14 is a piezoelectric vibration element including a piezoelectric body (piezoelectric bimorph element) having a bimorph structure.
  • the laminate 20 can have a length of about 18 mm to 28 mm, a width of about 1 mm to 6 mm, and a thickness of about 0.2 mm to 1.0 mm, for example.
  • the length of the electrodes 21 to 25 can be set to, for example, about 17 mm to 25 mm, and the width of the electrodes 21 to 25 can be set to, for example, about 0.5 mm to 1.5 mm.
  • the piezoelectric layer 27 constituting the laminate 20 is preferably made of, for example, lead-free piezoelectric material such as lead titanate (PT), lead zirconate titanate (PZT), Bi layered compound, tungsten bronze structure compound, or the like. However, other piezoelectric materials may be used.
  • the thickness of one layer of the piezoelectric layer 27 can be set to about 0.01 to 0.1 mm, for example.
  • the electrodes 21, 22, and 24 can be formed by suitably using, for example, a ceramic component or a glass component in addition to a metal component such as silver or an alloy of silver and palladium. You may form using a known metal material.
  • the electrodes 23 and 25 and the first to third terminal electrodes preferably contain a metal component made of silver and a glass component, but may be a metal other than silver.
  • Such a vibration element 14 can be manufactured by the following method, for example. First, a binder, a dispersant, a plasticizer, and a solvent are added to the piezoelectric material powder, and the mixture is agitated to produce a slurry. The obtained slurry is formed into a sheet shape to produce a green sheet. Next, a conductive paste is printed on the green sheet to form electrode patterns to be the electrodes 21, 22, and 24. The green sheets on which the electrode patterns are formed are stacked and pressed using a press device to form a laminated molded body Is made. Then, degreasing and baking are performed, and a laminated body is obtained by cutting to a predetermined dimension.
  • the piezoelectric layer 27 is polarized by applying a DC voltage through the first to third terminal electrodes.
  • various existing adhesives can be used for joining the vibration element 14 and the diaphragm 12.
  • a protective layer made of a piezoelectric body or the like may be provided. In that case, it is desirable to sufficiently reduce the thickness of the protective layer.
  • the vibration device 15 of this example having such a configuration functions as a vibration device that vibrates the diaphragm 12 by bending vibration of the vibration element 14 by applying an electric signal.
  • the surface of the vibration element 14 on one side in the first direction is the one main surface of the vibration plate 12 (the main surface on the ⁇ z direction side in the drawing). It is joined to the second portion 12b. Therefore, the vibration device 15 of this example can be thinned. Further, in the vibration device 15 of this example, since the vibration element 14 has a long shape in the second direction (x-axis direction in the figure), the vibration vibration in the second direction is efficiently applied to the diaphragm 12. Can be generated.
  • the distance between the vibration element 14 and the first portion 12a in the third direction is the first distance d1
  • the second direction is the x-axis in the figure.
  • the first distance d1 is larger than the second distance d2.
  • the vibration apparatus 15 of this example can vibrate the diaphragm 12 strongly.
  • a relationship of d1 / d2 ⁇ 1.5 is established between the first interval d1 and the second interval d2. Thereby, the vibration device 15 of this example can vibrate the diaphragm 12 more strongly.
  • the interval d1 is set as follows.
  • the first distance d1 is the minimum value of the distance between the vibration element 14 and the first portion 12a in the third direction
  • the second distance d2 is the vibration element 14 and the first portion in the second direction.
  • 12a is the minimum value of the interval.
  • the inventor causes excessive vibration of the vibration plate 12 if the vibration element 14 is too close to the first portion 12a. It turned out to be weak. Further, the first interval d1 is particularly important for strongly vibrating the diaphragm 12. In order to vibrate the diaphragm 12 strongly, the first interval d1 is at least larger than the second interval d2. I found it necessary.
  • the vibration element 14 is arranged at the center in the third direction (y-axis direction in the drawing) of the second portion 12b by setting the first distance d1 to be 1.5 times the second distance d2 or more.
  • the diaphragm 12 can be vibrated strongly as much as. If the second distance d2 is too small, the vibration of the diaphragm 12 becomes weak. Therefore, the second distance d2 is 0 in the length of the vibration element 14 in the second direction (x-axis direction in the drawing). It is desirable to set it to 3 times or more.
  • the vibration element 14 and the vibration plate 12 are arranged so that the length directions thereof are orthogonal to each other, the vibration of the vibration plate 12 is prevented from being weakened while vibrating.
  • the element 14 can be disposed at the peripheral portion of the diaphragm 12 and the vibration of the diaphragm 12 can be reduced from rapidly increasing at a specific frequency.
  • FIG. 8 is a perspective view schematically showing a mobile terminal according to a second example of the embodiment of the present invention.
  • 9 is a cross-sectional view taken along the line CC ′ in FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line DD ′ in FIG. 9 and 10, the detailed structure of the vibration element 14 is not shown.
  • the same referential mark is attached
  • the portable terminal of this example includes the vibration device 15, the electronic circuit 17, and the display 18 of the first example of the above-described embodiment.
  • the electronic circuit 17 generates an electric signal input to the vibration element 14.
  • the electrical signal includes audio information.
  • the electronic circuit 17 may include other circuits such as a circuit for processing image information to be displayed on the display 18 and a communication circuit.
  • the electronic circuit 17 and the vibration element 14 are connected via a wiring (not shown).
  • the display 18 is a display device having a function of displaying image information.
  • a known display such as a liquid crystal display, a plasma display, and an organic EL display can be suitably used.
  • the display 18 may have an input device such as a touch panel.
  • the diaphragm 12 is disposed outside the display 18 and integrated with the display 18, and functions as a cover for protecting the display 18.
  • the diaphragm 12 may have an input device such as a touch panel.
  • the portable terminal of this example having such a configuration can generate sound by vibrating the vibration plate 12 by vibrating the vibration element 14. And the sound information can be transmitted to a person by this sound. Moreover, you may transmit audio
  • the portable terminal of this example transmits audio information using the vibration device 15 that is thin and capable of generating strong vibrations, it is possible to obtain a portable terminal that can be thinned and can clearly transmit audio information. Can do.
  • the difference in amplitude depending on the position in the first surface 12c of the vibrating diaphragm 12 be 60 dB or less in the ratio of the maximum value to the minimum value. That is, the diaphragm 12 is vibrated by giving an electric signal having sound information to the vibration element 14, and the ear is brought close to the amplitude of the first surface 12 c of the diaphragm 12 and the first surface 12 c of the diaphragm 12.
  • the ratio of the amplitude at which sound is too loud and painful to the minimum amplitude at which voice information can be acquired was 60 dB.
  • the value of 60 dB coincides with the difference between 40 dB, which is a hearing ability for listening to a quiet conversation, and 100 dB, a hearing ability for listening to a screaming voice at the ear. Further, the amplitude of the first surface 12c of the diaphragm 12 and the sound pressure in the space close to the first surface 12c of the diaphragm 12 are in a proportional relationship.
  • the difference in amplitude depending on the position in the first surface 12c of the vibrating diaphragm 12 is 60 dB or less in the ratio of the maximum value to the minimum value, so that the first surface 12c of the diaphragm 12 has a difference. Audio information can be acquired no matter which part is close to the ear. Therefore, according to the mobile terminal of this example, it is possible to obtain a mobile terminal that can obtain sound information satisfactorily by simply bringing it close to or in contact with the ear without particular attention.
  • the difference in amplitude depending on the position in the first surface 12c of the vibrating diaphragm 12 is 20 dB or less as a ratio of the maximum value to the minimum value. That is, the diaphragm 12 is vibrated by giving an electric signal having sound information to the vibration element 14, and the ear is brought close to the amplitude of the first surface 12 c of the diaphragm 12 and the first surface 12 c of the diaphragm 12. As a result of comparison with the degree of hearing when the vibration is performed, the difference in amplitude depending on the position in the first surface 12c of the vibrating diaphragm 12 is set to 20 dB or less in the ratio of the maximum value to the minimum value.
  • the hearing ability for listening to a quiet conversation is 40 dB
  • the hearing ability for listening to a loud conversation is 80 dB. That is, there is a 40 dB level difference between a small voice and a loud voice in a conversation.
  • the level difference between the small and loud voices in the conversation from 60 dB, which is the ratio of the amplitude that makes the sound too loud and painful to the minimum amplitude at which voice information can be acquired (listen to the conversation)
  • Subtracting 40 dB is 20 dB.
  • the first of the diaphragm 12 It can be seen that, regardless of which part of the first surface 12c is close to the ear, it is possible to satisfactorily listen from a conversation with a low voice to a conversation with a loud voice.
  • the periphery of the diaphragm 12 may be firmly joined to the support 11. Thereby, although the amplitude of the diaphragm 12 becomes small, the difference of the amplitude by the position in the 1st surface 12c can be made small.
  • the elastic modulus of a member such as an adhesive
  • the area of the first portion 12a joined to the support 11 may be increased.
  • the portable terminal of this example has a case where a weight of 10 N is applied to point A and a case where no weight is applied to point A, which is an arbitrary position in the first surface 12 c of the vibrating diaphragm 12. It is desirable that the difference in amplitude is 60 dB or less in the ratio of the amplitude when the weight is not applied when the weight of 10N is added. That is, as a result of measuring the weight applied to the portable terminal when the portable terminal is brought into contact with the ear during a call, it was about 10 N when pressed strongly.
  • the difference in amplitude between the case where a weight of 10N is applied to point A and the case where no weight is applied is 10N.
  • the difference in amplitude between the case where a weight of 10N is applied to point A and the case where no weight is applied is 10N.
  • the ratio of the amplitude to the amplitude with no weight applied is 20 dB or less, so that it is possible to make a loud voice from a conversation with a small voice just by approaching or touching the ear without any particular attention. Can listen well to the conversation. That is, it is possible to obtain a portable terminal that can listen well from a conversation with a small voice to a conversation with a large voice, even if it is brought close to the ear, weakly touching the ear, or strongly touching the ear.
  • the diaphragm 12 and the vibration element 14 are used. It is preferable to reduce the elastic modulus of the member to be joined. Further, since it is also effective to firmly bond the diaphragm 12 to the support body 11, it is effective to increase the elastic modulus of a member that joins the diaphragm 12 and the support body 11, and the diaphragm 12 and the support body 11 are supported. It is also possible to increase the bonding area with the body 11.
  • the portable terminal of this example has an amplitude in the first surface 12c at an arbitrary position in the first surface 12c of the vibrating diaphragm 12 when the weight of 10N is applied to the position. It is desirable that the difference due to the position is 60 dB or less in the ratio of the maximum value to the minimum value. In other words, at an arbitrary location in the first surface 12c of the vibrating diaphragm 12, when the amplitude at that location when a weight of 10 N is applied to the location is measured, the vibration in the first surface 12c is measured. It is desirable that the difference due to the position is 60 dB or less in the ratio of the maximum value to the minimum value.
  • the difference in the amplitude when a weight of 10 N is applied to an arbitrary position in the first surface 12c of the vibrating diaphragm 12 depending on the position in the first surface 12c is the minimum value. It is further desirable that the ratio of the maximum value to be 20 dB or less. Thereby, no matter which part of the first surface 12c of the diaphragm 12 is pressed against the ear, it is possible to listen well from a conversation with a small voice to a conversation with a loud voice.
  • a change in amplitude in the micro area of the diaphragm 12 that does not affect the acquisition of audio information is not a problem.
  • the problem is a macro amplitude change in the first surface 12c of the diaphragm 12 that affects the acquisition of audio information. Therefore, when measuring the amplitude, it is desirable to attach an acceleration sensor having a predetermined size to the first surface 12c of the diaphragm 12 and calculate the amplitude from the acceleration detected by the acceleration sensor.
  • the frequency of human conversation is said to be about 500 Hz to 2 kHz.
  • the vibration element 14 is arranged at the center in the second direction (x-axis direction in the drawing) of the second portion 12b has been described. Is not to be done.
  • the vibration element 14 may be arranged at a position biased to one side in the second direction of the second portion 12b.
  • the vibration element 14 has the 16 piezoelectric layers 27
  • the number of piezoelectric layers 27 may be larger or smaller.
  • the cover of the display 18 functions as the diaphragm 12
  • the present invention is not limited to this.
  • the display 18 itself may function as the diaphragm 12.
  • the support 11 was an aluminum frame.
  • the diaphragm 12 is a glass plate having a length of 96 mm, a width of 49 mm, and a thickness of 0.7 mm.
  • the peripheral edge of the main surface on the other side in the first direction (the ⁇ z direction side in the figure) is 4 mm.
  • the width was adhered and fixed to the support 11. That is, the 4 mm width portion on the periphery of the diaphragm 12 is the first portion 12 a, and the inner length 88 mm and the 41 mm width portion is the second portion 12 b.
  • a double-sided tape having a thickness of 0.2 mm was used for adhesion between the diaphragm 12 and the support 11.
  • the vibration element 14 had a rectangular parallelepiped shape with a length of 23.5 mm, a width of 3.3 mm, and a thickness of 0.5 mm.
  • the vibration element 14 has a structure in which piezoelectric layers 27 having a thickness of about 30 ⁇ m and internal electrodes 21 to 25 are alternately stacked, and the total number of piezoelectric layers 27 is 16.
  • the piezoelectric layer 27 was formed of lead zirconate titanate (PZT) in which a part of Zr was substituted with Sb.
  • PZT lead zirconate titanate
  • the vibration element 14 is positioned at the center of the second portion 12b in the second direction (the x-axis direction in the figure).
  • d1 / d2 which is the ratio of the first interval d1 to the second interval d2 is changed
  • d1 / d2 is Three examples of the vibration device 15 of the first embodiment of the present invention having 1.5, 2.6, and 4.8, and two comparative examples having d1 / d2 of 0.4 and 1.0, respectively.
  • the sound pressure of the sound generated from the diaphragm 12 of the manufactured vibration device was measured.
  • a microphone is installed at a position 10 mm away from the surface of the diaphragm 12 on one side in the first direction (+ z direction side in the figure), and a sine wave signal with a voltage of 30 Vp-p is applied to the vibration element 14.
  • the sound pressure detected by the microphone was measured.
  • the frequency of the sine wave signal input to the vibration element 14 was changed in three stages of 1 kHz, 1.5 kHz, and 2 kHz, and measurement was performed at each frequency.
  • the horizontal axis indicates d1 / d2 which is the ratio of the first interval d1 to the second interval d2, and the vertical axis indicates the sound pressure.
  • the measurement result when the frequency of the sine wave signal input to the vibration element 14 is 1 kHz is indicated by ⁇
  • the measurement result when the frequency is 1.5 kHz is indicated by ⁇
  • the measurement result when the frequency is 2 kHz. Is indicated by ⁇ .
  • the vibration of the diaphragm 12 can be strengthened to generate sound with sufficient sound pressure.
  • the diaphragm 12 was a glass plate having a length of 95 mm, a width of 48 mm, and a thickness of 0.7 mm.
  • the vibration element 14 was a rectangular parallelepiped shape having a length of 25.0 mm, a width of 4.0 mm, and a thickness of 0.75 mm.
  • the vibration element 14 has a structure in which piezoelectric layers and electrode layers having a thickness of about 30 ⁇ m are alternately stacked, and the total number of piezoelectric layers is 24.
  • the piezoelectric layer was formed of lead zirconate titanate (PZT) in which part of Zr was replaced with Sb.
  • PZT lead zirconate titanate
  • a double-sided tape having a thickness of 0.16 mm in which an acrylic pressure-sensitive adhesive is applied to both surfaces of a non-woven fabric base material is used. Affixed to the entire surface.
  • a double-sided tape having a thickness of 0.15 mm, in which an acrylic adhesive is applied to both surfaces of a nonwoven fabric base is opposite to the first face 12 c of the diaphragm 12. The entire periphery of the side surface was bonded to the support 11.
  • the support 11 was made of synthetic resin.
  • an electric signal was input to the vibration element 14 and the amplitude in each part in the first surface 12c of the diaphragm 12 was measured.
  • an acceleration sensor was installed at a measurement point in the first surface 12c, and the amplitude was calculated from the measured value of acceleration at that position.
  • the amplitude was measured in the same manner in a state where a pressure of 10 N was applied by pressing from above the acceleration sensor.
  • the electric signal input to the vibration element 14 is a sine wave of 30 Vpp at 1 kHz, and a signal generated by a synthesized function generator (FG110 manufactured by Yokogawa Meter & Instruments Co., Ltd.) It was generated by amplification with POP120-2.5) manufactured by Co., Ltd.
  • FG110 manufactured by Yokogawa Meter & Instruments Co., Ltd.
  • POP120-2.5 POP120-2.5
  • the acceleration sensor As the acceleration sensor, SV1109 manufactured by NEC Avio Infrared Technology Co., Ltd. was used, and the circular surface of the acceleration sensor having a diameter of 8 mm was attached to a predetermined position on the first surface 12c of the diaphragm 12 with an adhesive.
  • the charge signal output from the acceleration sensor is converted into a voltage signal by a charge amplifier (AG2101 manufactured by NEC Avio Infrared Technology Co., Ltd.), and the voltage value is read using a digital oscilloscope (DL1540 manufactured by Yokogawa Electric).
  • the acceleration was obtained using a conversion formula between the voltage value and acceleration attached to the charge amplifier.
  • the load applied from the top of the acceleration sensor is measured using a load cell (C2G1-6K-A manufactured by Minebea Co., Ltd.), and the load value displayed on the digital peak holder (CSD-819C manufactured by Minebea Co., Ltd.) connected to the load cell. I read.
  • the load cell was placed under the mobile terminal.
  • the portable terminal is placed on a table installed on the load cell so that the first surface 12c of the diaphragm 12 is on the upper side, and the acceleration sensor is placed on the measurement point on the first surface 12c of the diaphragm 12.
  • the acceleration sensor was placed on the measurement point on the first surface 12c of the diaphragm 12.
  • the amplitude of the position having the smallest amplitude is 0.58 ⁇ m and the amplitude of the position having the largest amplitude is 2.98 ⁇ m on the first surface 12c.
  • the ratio of the maximum amplitude 2.98 ⁇ m to the minimum amplitude 0.58 ⁇ m was 14.2 dB.
  • the position where the amplitude is the largest on the first surface 12 c is the place where the vibration element 14 is attached to the opposite surface, and the position where the amplitude is the smallest on the first surface 12 c is the longitudinal direction of the diaphragm 12. In FIG. 5, the end portion is on the side opposite to the side on which the vibration element 14 is attached. This was the same even when the frequency of the electric signal input to the vibration element 14 was changed.
  • the amplitude changed most greatly when no load was applied and when a load of 10N was applied, where the vibration element 14 was attached to the opposite surface.
  • the ratio of the amplitude when the weight was not applied to the amplitude when the weight of 10N was added was 14.3 dB.
  • the amplitude of the place where the amplitude is the smallest in the first surface 12c is 0.15 ⁇ m, and the amplitude is the largest in the first surface 12c.
  • the location amplitude was 0.57 ⁇ m.
  • the ratio of the maximum amplitude 0.57 ⁇ m to the minimum amplitude 0.15 ⁇ m was 11.6 dB.

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Abstract

　【課題】　薄型化および強い振動を発生させることが可能な振動装置およびそれを用いた携帯端末を提供する。　【解決手段】　支持体１１と、周縁が支持体１１に接合されて支持されており、支持体１１に接合された第１部分１２ａと、第１部分１２ａの内側に位置する支持体１１に接合されていない第２部分１２ｂとを有する振動板１２と、第１の方向の一方側の表面が振動板１２の一方主面の第２部分１２ｂに接合されており、電気信号が入力されることによって、第１の方向に垂直な第２の方向に沿って振幅が変化するように第１の方向に屈曲振動する振動素子１４とを少なくとも有しており、第１の方向および第２の方向に垂直な第３の方向における振動素子１４と第１部分１２ａとの間隔ｄ１が、第２の方向における振動素子１４と第１部分１２ａとの間隔ｄ２よりも大きい振動装置およびそれを用いた携帯端末とする。

Description

振動装置およびそれを用いた携帯端末
　本発明は、振動装置およびそれを用いた携帯端末に関するものである。
　従来、板状の圧電バイモルフ素子からなる振動素子を振動板（筐体）に固定して、振動素子を振動させることによって振動板を振動させる振動装置が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
特開２００６－２３８０７２号公報
　しかしながら、上述した従来の振動装置は、衝撃が加わったときに振動素子と振動板とが接触しないように、振動素子と振動板との間に充分な間隔を開ける必要があるため、薄型化が困難であるという問題があった。また、振動装置を薄型化するために、振動板の一方主面に振動素子の一方主面を直接接合した場合には、振動素子を取り付ける位置によって振動板の振動が弱くなってしまう問題があることが発明者の検討により明らかになった。
　本発明はこのような問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、薄型化および強い振動を発生させることが可能な振動装置およびそれを用いた携帯端末を提供することにある。
　本発明の振動装置は、支持体と、周縁が前記支持体に接合されて支持されており、前記支持体に接合された第１部分と、該第１部分の内側に位置する前記支持体に接合されていない第２部分とを有する振動板と、第１の方向の一方側の表面が前記振動板の一方主面の前記第２部分に接合されており、電気信号が入力されることによって、前記第１の方向に垂直な第２の方向に沿って振幅が変化するように前記第１の方向に屈曲振動する振動素子とを少なくとも有しており、前記第１の方向および前記第２の方向に垂直な第３の方向における前記振動素子と前記第１部分との間隔を第１の間隔とし、前記第２の方向における前記振動素子と前記第１部分との間隔を第２の間隔とすると、前記第１の間隔が前記第２の間隔よりも大きいことを特徴とするものである。
　本発明の携帯端末は、前記振動装置と、前記振動素子に入力される電気信号を生成する電子回路とを少なくとも有していることを特徴とするものである。
　本発明の振動装置によれば、薄型化および強い振動を発生させることが可能な振動装置を得ることができる。本発明の携帯端末によれば、薄型化および音声情報を明瞭に伝達すること可能な携帯端末を得ることができる。
本発明の実施の形態の第１の例の振動装置を模式的に示す斜視図である。 図１におけるＡ－Ａ’線断面図である。 図１におけるＢ－Ｂ’線断面図である。 図１に示す振動装置の支持体を透視した状態を模式的に示す平面図である。 図１に示す振動装置における振動素子を模式的に示す斜視図である。 （ａ）～（ｅ）は、図５に示す振動素子の構造を説明するための平面図である。 図５に示す振動素子の構造を説明するための図である。 本発明の実施の形態の第２の例の携帯端末を模式的に示す斜視図である。 図８におけるＣ－Ｃ’線断面図である。 図８におけるＤ－Ｄ’線断面図である。 本発明の実施の形態の第１の例の振動装置および比較例の振動装置で発生させた音の音圧を示すグラフである。
　以下、本発明の振動装置およびそれを用いた携帯端末を添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。
　（実施の形態の第１の例）
  図１は、本発明の実施の形態の第１の例の振動装置を模式的に示す斜視図である。図２は、図１におけるＡ－Ａ’線断面図である。図３は、図１におけるＢ－Ｂ’線断面図である。図４は、図１に示す振動装置１５の支持体１１を透視した状態を模式的に示す平面図である。なお、図４は、－ｚ方向側から見た状態を示している。また、図２～図４においては、作図を容易にするために、振動素子１４の詳細な構造の図示を省略している。
　本例の振動装置１５は、第１の方向（図のｚ軸方向）が厚み方向であり、第１の方向に垂直な第２の方向（図のｘ軸方向）が幅方向であり、第１の方向および第２の方向に垂直な第３の方向（図のｙ軸方向）が長さ方向である直方体状の形状を有している。また、本例の振動装置１５は、支持体１１と、振動板１２と、振動素子１４とを有している。
　支持体１１は、１つの面が開口した箱状の形状を有している。支持体１１は、剛性および弾性が大きい合成樹脂等の材料を好適に用いて形成することができるが、金属等の他の材料を用いて形成しても構わない。また、支持体１１は、箱状以外の形状でも良く、例えば枠状であっても構わない。また、支持体１１は１つの物体である必要はない。支持体１１は複数の物体から構成されるものであっても構わない。
　振動板１２は、矩形の薄板状の形状を有しており、第１の方向（図のｚ軸方向）が厚み方向であり、第２の方向（図のｘ軸方向）が幅方向であり、第３の方向（図のｙ軸方向）が長さ方向である。また、振動板１２は、一方主面（図の－ｚ方向側の主面）の周縁が支持体１１に接合されて支持されており、支持体１１に接合された第１部分１２ａと、第１部分１２ａの内側に位置するとともに支持体１１に接合されていない第２部分１２ｂとを有している。振動板１２は、アクリル樹脂やガラス等の剛性および弾性が大きい材料を好適に用いて形成することができる。振動板１２の厚みは、例えば、０．４ｍｍ～１．５ｍｍ程度に設定される。支持体１１と振動板１２との接合には、例えば、既存の各種接着剤を用いることができる。
　振動素子１４は、直方体状の形状を有しており、第１の方向（図のｚ軸方向）が厚み方向であり、第２の方向（図のｘ軸方向）が長さ方向であり、第３の方向（図のｙ軸方向）が幅方向である。すなわち、振動素子１４の長さ方向が振動板１２の幅方向に一致し、振動素子１４の幅方向が振動板１２の長さ方向に一致するように、振動素子１４が配置されている。また、振動素子１４は、第１の方向の一方側（図の＋ｚ方向側）の表面が振動板１２の一方主面（図の－ｚ方向側の主面）の第２部分１２ｂに接合されている。なお、振動素子１４は、第２部分１２ｂにおける、第２の方向（図のｘ軸方向）の中央であり、且つ第３の方向の一方側（図の＋ｙ方向側）に偏った位置に接合されている。
　図５は、振動素子１４を模式的に示す斜視図である。図６（ａ）～（ｅ）は、振動素子１４が有する電極２１～２５の形状を模式的に示す平面図である。図７は、第１の方向（図のｚ軸方向）における電極２１～２５の位置関係と、電極２１～２５の間に配置された圧電体層２７の分極の状態とを模式的に示す図である。なお、図６（ａ）～（ｄ）は、第１の方向の一方側（図の＋ｚ方向側）から見た状態を示しており、図６（ｅ）は、第１の方向の他方側（図の－ｚ方向側）から見た状態を示している。また、図７においては、積層体２０，第１～第３の端子電極および圧電体層２７の図示を省略している。
　振動素子１４は、積層体２０と、第１の端子電極４１と、第２の端子電極４２と、第３の端子電極（図示せず）とを有している。積層体２０の第２の方向の一方側（図の＋ｘ方向側）の端面には、第１の方向（図のｚ軸方向）における両端面に跨るように、第１の端子電極４１および第２の端子電極４２が配置されている。また、積層体２０の第２の方向の他方側（図の－ｘ方向側）の端面には、第３の端子電極（図示せず）が配置されている。
　積層体２０は、第１の方向（図のｚ軸方向）に分極された複数層の圧電体層２７と、複数の扁平状の電極２１～２５とが、第１の方向に沿って交互に配置されて構成されている。電極２３は、積層体２０の第１の方向の一方側（図の＋ｚ方向側）の表面に配置されている。電極２５は、積層体２０の第１の方向の他方側（図の－ｚ方向側）の表面に配置されている。電極２１，電極２２および電極２４は、積層体２０の内部に各々複数配置されている。そして、電極２１または電極２２と、電極２３または電極２４または電極２５とが、第１の方向（図のｚ軸方向）において交互に配置されている。また、第１の方向の一方側（図の＋ｚ方向側）では、電極２３または電極２４と電極２１とが交互に配置されており、第１の方向の他方側（図の－ｚ方向側）では、電極２４または電極２５と電極２２とが交互に配置されている。
　電極２１は、積層体２０の側面と間隔を開けて形成された矩形状の本体部２１ａの一方端に、矩形状の引き出し部２１ｂの一方端を接続した構造を有している。引き出し部２１ｂの他方端は第１の端子電極４１に接続されている。電極２２は、積層体２０の側面と間隔を開けて形成された矩形状の本体部２２ａの一方端に、矩形状の引き出し部２２ｂの一方端を接続した構造を有している。引き出し部２２ｂの他方端は第２の端子電極４２に接続されている。電極２３，２４，２５の各々は、長さ方向の一方端のみが積層体２０の側面に露出した矩形状の形状を有している。そして、電極２３，２４，２５の各々の長さ方向の一方端は第３の端子電極（図示せず）に接続されている。
　また、電極２１～２５の間に配置された圧電体層２７は、図７に矢印で示す向きに分極されている。すなわち、第１の方向の一方側（図の＋ｚ方向側）では、電極２１から電極２３，２４へ向かう向きに分極されており、第１の方向の他方側（図の－ｚ方向側）では、電極２４，２５から電極２２へ向かう向きに分極されている。そして、振動素子１４を振動させるときには、例えば、電極２１，２２が同電位になり、電極２３，２４，２５が同電位になるとともに、電極２１，２２と電極２３，２４，２５との間に電位差が生じるように交流電圧を加える。これにより、振動素子１４は、ある瞬間に加えられる電界の向きに対する分極の向きが、第１の方向（図のｚ軸方向）における一方側と他方側とで逆転するようにされている。
　よって、電気信号が加えられて、ある瞬間に、第１の方向の一方側（図の＋ｚ方向側）が、第２の方向（図のｘ軸方向）において伸びるときには、第１の方向の他方側（図の－ｚ方向側）が、第２の方向において縮むようにされている。これにより、振動素子１４は、電気信号が入力されることによって、第１の方向に垂直な第２の方向に沿って振幅が変化するように第１の方向に屈曲振動する。このように、振動素子１４は、バイモルフ構造を有する圧電体（圧電バイモルフ素子）で構成された圧電振動素子である。
　振動素子１４において、積層体２０は、例えば、長さ１８ｍｍ～２８ｍｍ程度、幅１ｍｍ～６ｍｍ程度、厚み０．２ｍｍ～１．０ｍｍ程度とすることができる。また、電極２１～２５の長さは、例えば１７ｍｍ～２５ｍｍ程度、電極２１～２５の幅は、例えば０．５ｍｍ～１．５ｍｍ程度とすることができる。
　積層体２０を構成する圧電体層２７は、例えば、チタン酸鉛（ＰＴ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、Ｂｉ層状化合物、タングステンブロンズ構造化合物等の非鉛系圧電体材料等を好適に用いて形成することができるが、他の圧電材料を用いても構わない。圧電体層２７の１層の厚みは、例えば０．０１～０．１ｍｍ程度に設定することができる。電極２１，２２，２４は、例えば、銀や銀とパラジウムとの合金等の金属成分に加えて、セラミック成分やガラス成分を含有させたものを好適に用いて形成することができるが、他の既知の金属材料を用いて形成しても構わない。電極２３，２５および第１～第３の端子電極は、銀からなる金属成分およびガラス成分を含有することが望ましいが、銀以外の金属であっても構わない。
　このような振動素子１４は、例えば次のような方法によって作製することができる。まず、圧電材料の粉末にバインダー、分散剤、可塑剤、溶剤を添加して掻き混ぜて、スラリーを作製し、得られたスラリーをシート状に成形し、グリーンシートを作製する。次に、グリーンシートに導体ペーストを印刷して電極２１，２２，２４となる電極パターンを形成し、この電極パターンが形成されたグリーンシートを積層し、プレス装置を用いてプレスして積層成形体を作製する。その後、脱脂および焼成し、所定寸法にカットすることにより積層体を得る。次に、電極２３，２５ならびに第１の端子電極４１，第２の端子電極４２および第３の端子電極（図示せず）を形成するための導体ペーストを印刷し、所定の温度で焼付けた後に、第１～第３の端子電極を通じて直流電圧を印加して圧電体層２７の分極を行う。このようにして、振動素子１４を得ることができる。また、振動素子１４と振動板１２との接合には、例えば、既存の各種接着剤を用いることができる。
　なお、例えば、積層体２０の第１の方向（図のｚ軸方向）における端面に電極が露出していると問題が生じる場合には、圧電体等からなる保護層を設けても構わない。その場合には、保護層の厚みを充分に薄くすることが望ましい。
　このような構成を有する本例の振動装置１５は、電気信号を加えて振動素子１４を屈曲振動させることによって振動板１２を振動させる振動装置として機能する。また、本例の振動装置１５は、振動素子１４の第１の方向の一方側（図の＋ｚ方向側）の表面が振動板１２の一方主面（図の－ｚ方向側の主面）の第２部分１２ｂに接合されている。よって、本例の振動装置１５は薄型化することができる。また、本例の振動装置１５は、振動素子１４が第２の方向（図のｘ軸方向）に長い形状を有していることから、振動板１２に第２の方向の屈曲振動を効率的に発生させることができる。
　また、本例の振動装置１５は、第３の方向（図のｙ軸方向）における振動素子１４と第１部分１２ａとの間隔を第１の間隔ｄ１とし、第２の方向（図のｘ軸方向）における振動素子１４と第１部分１２ａとの間隔を第２の間隔ｄ２とすると、第１の間隔ｄ１が第２の間隔ｄ２よりも大きい。これにより、本例の振動装置１５は、振動板１２を強く振動させることができる。また、本例の振動装置１５は、第１の間隔ｄ１と第２の間隔をｄ２との間に、ｄ１／ｄ２≧１．５の関係が成り立つ。これにより、本例の振動装置１５は、振動板１２をさらに強く振動させることができる。
　なお、第３の方向（図のｙ軸方向）における振動素子１４と第１部分１２ａとの間隔が、第３の方向における振動素子１４の両側で異なる場合には、小さい方の間隔を第１の間隔ｄ１とする。同様に、第２の方向（図のｘ軸方向）における振動素子１４と第１部分１２ａとの間隔が、第２の方向における振動素子１４の両側で異なる場合には、小さい方の間隔を第２の間隔ｄ２とする。すなわち、第１の間隔ｄ１は、第３の方向における振動素子１４と第１部分１２ａとの間隔の最小値であり、第２の間隔ｄ２は、第２の方向における振動素子１４と第１部分１２ａとの間隔の最小値である。
　発明者が、振動素子１４を取り付ける位置を様々に変化させて振動板１２の振動の強さの変化を調べた結果、振動素子１４を第１部分１２ａに近づけすぎると振動板１２の振動が極端に弱くなってしまうことがわかった。また、振動板１２を強く振動させるために特に重要なのは第１の間隔ｄ１であり、第１の間隔ｄ１を少なくとも第２の間隔ｄ２よりも大きくすることが、振動板１２を強く振動させるために必要であることがわかった。そして、第１の間隔ｄ１を第２の間隔ｄ２の１．５倍以上にすることにより、第２部分１２ｂの第３の方向（図のｙ軸方向）における中央に振動素子１４を配置した場合と同程度に、振動板１２を強く振動させることができることがわかった。なお、第２の間隔ｄ２も小さすぎると振動板１２の振動が弱くなってしまうので、第２の間隔ｄ２は、振動素子１４の第２の方向（図のｘ軸方向）の長さの０．３倍以上に設定するのが望ましい。
　また、本例の振動装置１５は、各々の長さ方向が直交するように振動素子１４と振動板１２とが配置されていることから、振動板１２の振動が弱くなるのを防止しつつ振動素子１４を振動板１２の周縁部に配置することができるとともに、振動板１２の振動が特定の周波数において急激に強くなるのを低減することができる。
　（実施の形態の第２の例）
  図８は、本発明の実施の形態の第２の例の携帯端末を模式的に示す斜視図である。図９は、図８におけるＣ－Ｃ’線断面図である。図１０は、図８におけるＤ－Ｄ’線断面図である。なお、図９および図１０においては、振動素子１４の詳細な構造の図示を省略している。また、本例においては、前述した実施の形態の第１の例と異なる点について説明し、同様の構成要素には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する。本例の携帯端末は、前述した実施の形態の第１の例の振動装置１５と、電子回路１７と、ディスプレー１８とを有している。
　電子回路１７は、振動素子１４に入力される電気信号を生成する。なお、この電気信号には音声情報が含まれている。また、電子回路１７には、ディスプレー１８に表示させる画像情報を処理する回路や通信回路等の他の回路が含まれていても良い。なお、電子回路１７と振動素子１４とは図示せぬ配線を介して接続されている。
　ディスプレー１８は、画像情報を表示する機能を有する表示装置であり、例えば、液晶ディスプレー，プラズマディスプレー，および有機ＥＬディスプレー等の既知のディスプレーを好適に用いることができる。また、ディスプレー１８は、タッチパネルのような入力装置を有するものであっても良い。
　本例の携帯端末においては、振動板１２は、ディスプレー１８よりも外側に配置されてディスプレー１８と一体化されており、ディスプレー１８を保護するカバーとして機能している。また、振動板１２は、タッチパネルのような入力装置を有するものであっても構わない。
　このような構成を有する本例の携帯端末は、振動素子１４を振動させることによって、振動板１２を振動させて音響を発生させることができる。そして、この音響によって音声情報を人に伝達することができる。また、振動板１２または支持体１１を直接または他の物を介して耳などの人体の一部に接触させて振動を伝えることによって音声情報を伝達してもよい。
　本例の携帯端末は、薄型で強い振動を発生させることが可能な振動装置１５を用いて音声情報を伝達することから、薄型化および音声情報を明瞭に伝達すること可能な携帯端末を得ることができる。
　そして、本例の携帯端末は、振動している振動板１２の第１の面１２ｃ内の位置による振幅の差異が、最小値に対する最大値の比で６０ｄＢ以下になるようにするのが望ましい。すなわち、振動素子１４に音声情報を有する電気信号を与えることによって振動板１２を振動させて、振動板１２の第１の面１２ｃの振幅と、振動板１２の第１の面１２ｃに耳を近接させたときの聞こえ具合とを比較した結果、音声情報を取得する（会話の内容を聞き取る）ことが可能な最小の振幅に対する、音が大きすぎて苦痛を感じる振幅の比が６０ｄＢであった。なお、この６０ｄＢという値は、静かな会話が聞き取れる聴力である４０ｄＢと耳元での叫び声が聞き取れる聴力である１００ｄＢとの差に一致する。また、振動板１２の第１の面１２ｃの振幅と、振動板１２の第１の面１２ｃに近接した空間における音圧とは比例関係にある。
　振動している振動板１２の第１の面１２ｃ内の位置による振幅の差異が、最小値に対する最大値の比で６０ｄＢ以下になるようにすることにより、振動板１２の第１の面１２ｃにおけるどの部分を耳に近づけても、音声情報を取得することができる。よって、本例の携帯端末によれば、特に注意することなく耳に近接または接触させるだけで音声情報を良好に取得することが可能な携帯端末を得ることができる。
　また、振動している振動板１２の第１の面１２ｃ内の位置による振幅の差異が、最小値に対する最大値の比で２０ｄＢ以下になるようにするのがさらに望ましい。すなわち、振動素子１４に音声情報を有する電気信号を与えることによって振動板１２を振動させて、振動板１２の第１の面１２ｃの振幅と、振動板１２の第１の面１２ｃに耳を近接させたときの聞こえ具合とを比較した結果、振動している振動板１２の第１の面１２ｃ内の位置による振幅の差異が、最小値に対する最大値の比で２０ｄＢ以下になるようにすることにより、振動板１２の第１の面１２ｃにおけるどの部分を耳に近づけても、小さい声の会話から大きい声の会話まで良好に聞き取ることができた。なお、静かな会話が聞き取れる聴力は４０ｄＢであり、大きな声の会話が聞き取れる聴力は８０ｄＢである。すなわち、会話の中の小さな声と大きな声とには４０ｄＢのレベル差が存在する。音声情報を取得する（会話の内容を聞き取る）ことが可能な最小の振幅に対する、音が大きすぎて苦痛を感じる振幅の比である６０ｄＢから、会話の中の小さな声と大きな声とのレベル差である４０ｄＢを引くと２０ｄＢとなる。このことからも、振動している振動板１２の第１の面１２ｃ内の位置による振幅の差異が、最小値に対する最大値の比で２０ｄＢ以下になるようにすることにより、振動板１２の第１の面１２ｃにおけるどの部分を耳に近づけても、小さい声の会話から大きい声の会話まで良好に聞き取ることができることがわかる。
　なお、振動板１２の第１の面１２ｃ内の位置による振幅の差異を小さくするためには、振動板１２の周囲を支持体１１に強固に接合するようにすればよい。これにより、振動板１２の振幅は小さくなるが、第１の面１２ｃ内の位置による振幅の差異を小さくすることができる。振動板１２を支持体１１に強固に接合するためには、例えば、振動板１２と支持体１１とを接合する部材（接着剤など）の弾性率を大きくすれば良く、また、振動板１２の支持体１１に接合された第１部分１２ａの面積を大きくしても良い。
　また、本例の携帯端末は、振動している振動板１２の第１の面１２ｃ内の任意の位置であるＡ点において、Ａ点に１０Ｎの加重を加えた場合と加重を加えない場合との振幅の差異が、１０Ｎの加重を加えた場合の振幅に対する加重を加えない場合の振幅の比で６０ｄＢ以下であるようにするのが望ましい。すなわち、通話時に携帯端末を耳に接触させたときに携帯端末に加わる加重を測定した結果、強めに押し当てた場合で約１０Ｎであった。よって、振動している振動板１２の第１の面１２ｃ内の任意の位置であるＡ点において、Ａ点に１０Ｎの加重を加えた場合と加重を加えない場合との振幅の差異が、１０Ｎの加重を加えた場合の振幅に対する加重を加えない場合の振幅の比で６０ｄＢ以下であるようにすることにより、特に注意することなく耳に近接または接触させるだけで音声情報を良好に取得することが可能な携帯端末を得ることができる。すなわち、耳に近接させても、耳に弱く接触させても、耳に強く接触させても、音声情報を良好に取得することが可能な携帯端末を得ることができる。
　さらに、振動している振動板１２の第１の面１２ｃ内の任意の位置であるＡ点において、Ａ点に１０Ｎの加重を加えた場合と加重を加えない場合との振幅の差異が、１０Ｎの加重を加えた場合の振幅に対する加重を加えない場合の振幅の比で２０ｄＢ以下であるようにすることにより、特に注意することなく耳に近接または接触させるだけで、小さい声の会話から大きい声の会話まで良好に聞き取ることができる。すなわち、耳に近接させても、耳に弱く接触させても、耳に強く接触させても、小さい声の会話から大きい声の会話まで良好に聞き取ることが可能な携帯端末を得ることができる。
　なお、振動している振動板１２の第１の面１２ｃに加重を加えた場合と加重を加えない場合との振幅の差異を小さくするには、前述したように、振動板１２と振動素子１４とを接合する部材の弾性率を小さくすると良い。また、振動板１２を支持体１１に強固に接合するのも効果があるため、振動板１２と支持体１１とを接合する部材の弾性率を大きくすることが有効であり、振動板１２と支持体１１との接合面積を大きくするのも良い。
　また、本例の携帯端末は、振動している振動板１２の第１の面１２ｃ内の任意の場所における、その場所に１０Ｎの加重を加えたときの振幅の、第１の面１２ｃ内の位置による差異が、最小値に対する最大値の比で６０ｄＢ以下であるようにするのが望ましい。すなわち、振動している振動板１２の第１の面１２ｃ内の任意の場所において、その場所に１０Ｎの加重を加えたときのその場所の振幅を測定したときに、第１の面１２ｃ内の位置による差異が、最小値に対する最大値の比で６０ｄＢ以下であるようにするのが望ましい。これにより、振動板１２の第１の面１２ｃにおけるどの部分を耳に押し当てても、音声情報を取得することができる。よって、特に注意することなく耳に接触させるだけで音声情報を良好に取得することが可能な携帯端末を得ることができる。
　さらに、振動している振動板１２の第１の面１２ｃ内の任意の場所における、その場所に１０Ｎの加重を加えたときの振幅の、第１の面１２ｃ内の位置による差異が、最小値に対する最大値の比で２０ｄＢ以下であるようにすることがさらに望ましい。これにより、振動板１２の第１の面１２ｃにおけるどの部分を耳に押し当てても、小さい声の会話から大きい声の会話まで良好に聞き取ることができる。
　なお、良好な音声情報の取得が容易な携帯端末を実現するためには、音声情報の取得に影響を及ぼさない振動板１２のミクロな領域における振幅の変化は問題にならない。問題になるのは、音声情報の取得に影響を及ぼす、振動板１２の第１の面１２ｃにおけるマクロな振幅の変化である。よって、振幅の測定に際しては、所定の大きさを備えた加速度センサを振動板１２の第１の面１２ｃに貼り付けて、加速度センサによって検出された加速度から振幅を算出するのが望ましい。また、人間の会話の周波数は５００Ｈｚ～２ｋＨｚ程度と言われているが、振動板１２の第１の面１２ｃ内のマクロな振幅の周波数による変化は小さいため、１ｋＨｚの電気信号を振動素子１４に入力した場合の振幅を測定すればよい。
　（変形例）
  本発明は上述した実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更，改良が可能である。
　例えば、前述した実施の形態の第１の例においては、第２部分１２ｂの第２の方向（図のｘ軸方向）における中央に振動素子１４が配置された例を示したが、これに限定されるものではない。第２部分１２ｂの第２の方向における一方に偏った位置に振動素子１４が配置されていても構わない。
　また、前述した実施の形態の第１の例においては、振動素子１４が１６層の圧電体層２７を有する例を示したが、これに限定されるものではない。圧電体層２７の数は、これより多くても少なくても構わない。
　また、前述した実施の形態の第２の例においては、実施の形態の第１の例の振動装置１５を有する例を示したが、これに限定されるものではなく、他の形態の振動装置を有するものであっても構わない。
　また、前述した実施の形態の第２の例においては、ディスプレー１８のカバーが振動板１２として機能する例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、ディスプレー１８そのものが振動板１２として機能するものであっても構わない。
（第１の実施例）
　次に、本発明の振動装置の具体例について説明する。前述した本発明の実施の形態の第１の例の振動装置および比較例の振動装置を作製して、その特性を測定した。
　作製した振動装置において、支持体１１は、アルミニウム製の枠状のものを使用した。振動板１２は、長さが９６ｍｍで、幅が４９ｍｍで、厚み０．７ｍｍのガラス板を使用し、第１の方向の他方側（図の－ｚ方向側）の主面の周縁を４ｍｍの幅で支持体１１に接着して固定した。すなわち、振動板１２の周縁の４ｍｍ幅の部分が第１部分１２ａとなり、その内側の長さ８８ｍｍで幅４１ｍｍの部分が第２部分１２ｂとなるようにした。振動板１２と支持体１１との接着には厚み０．２ｍｍの両面テープを使用した。
　振動素子１４は、長さ２３．５ｍｍで、幅が３．３ｍｍで、厚みが０．５ｍｍの直方体状とした。また、振動素子１４は、厚みが３０μｍ程度の圧電体層２７と内部電極２１～２５とが交互に積層された構造とし、圧電体層２７の総数は１６層とした。圧電体層２７は、Ｚｒの一部をＳｂで置換したチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で形成した。振動板１２と振動素子１４との接着には、不織布の基材の両面にアクリル系粘着剤が塗布された厚みが０．２ｍｍの両面テープを使用した。そして、振動素子１４の第１の方向の一方側（図の＋ｚ方向側）の表面の全体を振動板１２に貼り付けた。また、振動素子１４は、第２部分１２ｂの第２の方向（図のｘ軸方向）における中央に位置するようにした。
　そして、第２の方向（図のｘ軸方向）における振動素子１４の位置を変えることによって第１の間隔ｄ１の第２の間隔ｄ２に対する比であるｄ１／ｄ２を変えて、ｄ１／ｄ２が各々１．５，２．６，４．８である３つの本発明の第１の実施形態の例の振動装置１５と、ｄ１／ｄ２が各々０．４，１．０である２つの比較例の振動装置を作製した。なお、ｄ１／ｄ２＝４．８の振動装置１５は、第２部分１２ｂの第３の方向（図のｙ軸方向）における中央に振動素子１４を配置したものである。
　そして、作製した振動装置の振動板１２から発生する音の音圧を測定した。測定に際しては、振動板１２の第１の方向の一方側（図の＋ｚ方向側）の表面から１０ｍｍ離れた位置にマイクを設置して、電圧が３０Ｖｐ－ｐの正弦波信号を振動素子１４に入力してマイクで検出される音圧を測定した。なお、振動素子１４に入力する正弦波信号の周波数を、１ｋＨｚ，１．５ｋＨｚ，２ｋＨｚの３段階に変化させて、それぞれの周波数で測定を行った。
　その測定結果を図１１のグラフに示す。図１１のグラフにおいて、横軸は、第１の間隔ｄ１の第２の間隔ｄ２に対する比であるｄ１／ｄ２を示し、縦軸は音圧を示す。また、振動素子１４に入力する正弦波信号の周波数が１ｋＨｚのときの測定結果を○印で示し、周波数が１．５ｋＨｚのときの測定結果を△印で示し、周波数が２ｋＨｚのときの測定結果を□印で示す。図１１に示すグラフによれば、ｄ１をｄ２より大きくすることによって、振動板１２の振動を強くして、充分な音圧の音響を発生できることがわかる。また、ｄ１／ｄ２≧１．５とすることにより、振動板１２の第３の方向（図のｙ軸方向）における中央に振動素子１４を配置したときと同程度の音圧を有する音響を発生させることができることがわかる。これにより本発明の有効性が確認できた。
（第２の実施例）
　次に、本発明の携帯端末の具体例について説明する。図８～１０に示した本発明の実施の形態の第２の例の携帯端末を作製して、その評価を行った。
　まず、図８～１０に示した本発明の実施の形態の第２の例の携帯端末を作製した。振動板１２は、長さが９５ｍｍで、幅が４８ｍｍで、厚み０．７ｍｍのガラス板とした。振動素子１４は、長さ２５．０ｍｍで、幅が４．０ｍｍで、厚みが０．７５ｍｍの直方体状とした。また、振動素子１４は、厚みが３０μｍ程度の圧電体層と電極層とが交互に積層された構造とし、圧電体層の総数は２４層とした。圧電体層は、Ｚｒの一部をＳｂで置換したチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で形成した。振動板１２と振動素子１４との接合には、不織布の基材の両面にアクリル系粘着剤が塗布された厚みが０．１６ｍｍの両面テープを使用し、振動素子１４の＋ｚ方向側の表面の全面に貼り付けた。振動板１２と支持体１１との接合には、不織布の基材の両面にアクリル系粘着剤が塗布された厚み０．１５ｍｍの両面テープを使用し、振動板１２の第１の面１２ｃと反対側の表面の周囲の全体を支持体１１に接合した。支持体１１は合成樹脂製のものを使用した。
　そして、振動素子１４に電気信号を入力し、振動板１２の第１の面１２ｃ内の各部における振幅を測定した。振幅の測定においては、まず、第１の面１２ｃ内の測定ポイントに加速度センサを設置して、その位置における加速度の測定値から振幅を算出した。次に、加速度センサの上から押圧して１０Ｎの加重をかけた状態において、同様に振幅の測定を行った。そして、これらの作業を、測定ポイントを変更して、振動板１２の第１の面１２ｃ内の各部で行った。
　なお、振動素子１４に入力する電気信号は、１ｋＨｚで３０Ｖｐｐのサイン波とし、シンセサイズドファンクションジェネレータ（横河メータ＆インスツルメンツ株式会社製のＦＧ１１０）で発生させた信号を、電力増幅器（松定プレシジョン株式会社製のＰＯＰ１２０－２．５）で増幅することにより生成した。
　加速度センサは、NEC Avio赤外線テクノロジー株式会社製のＳＶ１１０９を使用し、加速度センサの直径８ｍｍの円形の面を振動板１２の第１の表面１２ｃの所定の位置に接着剤で貼り付けた。そして、加速度センサから出力される電荷信号を、チャージアンプ（NEC Avio赤外線テクノロジー株式会社製のＡＧ２１０１）で電圧信号に変換して、デジタルオシロスコープ（横河電機製のＤＬ１５４０）を用いて電圧値を読み取り、チャージアンプに添付の電圧値と加速度との変換式を用いて加速度を求めた。そして、振動素子１４に入力した電気信号の角周波数をω、加速度をα、振幅をβとして、β＝２α／ω２で表される式を用いて振幅βを求めた。
　加速度センサの上から加える加重の測定にはロードセル（ミネベア株式会社製のＣ２Ｇ１－６Ｋ－Ａ）を用い、ロードセルに接続したデジタルピークホルダー（ミネベア株式会社製ＣＳＤ－８１９Ｃ）に表示される荷重の値を読み取った。なお、ロードセルは携帯端末の下に配置した。
　すなわち、ロードセルの上に設置した台の上に、振動板１２の第１の面１２ｃが上側になるように携帯端末を乗せて、振動板１２の第１の面１２ｃ上の測定ポイントに加速度センサを貼り付けた。そして、まずは、この状態で加速度センサに電気信号を入力して、加重を加えない状態における振幅を測定した。次に、加速度センサの上から１０Ｎの加重を加え、この状態で加速度センサに電気信号を入力して、加重を加えた状態における振幅を測定した。
　測定の結果、加重を加えない状態の比較では、第１の面１２ｃにおいて、振幅が最も小さい位置の振幅が０．５８μｍであり、振幅が最も大きい位置の振幅が２．９８μｍであった。最小値の振幅０．５８μｍに対する最大値の振幅２．９８μｍの比は１４．２ｄＢであった。なお、第１の面１２ｃにおいて振幅が最も大きい位置は、反対側の表面に振動素子１４が取り付けられた場所であり、第１の面１２ｃにおいて振幅が最も小さい位置は、振動板１２の長手方向において振動素子１４が取り付けられた側と反対側の端部であった。これは、振動素子１４に入力する電気信号の周波数を変化させても同様だった。
　また、第１の面１２ｃにおいて、荷重をかけない場合と１０Ｎの加重をかけた場合とで振幅が最も大きく変化したのは、反対側の表面に振動素子１４が取り付けられた場所であり、１０Ｎの加重をかけた場合の振幅は０．５７μｍだった。１０Ｎの加重を加えた場合の振幅に対する加重を加えない場合の振幅の比は１４．３ｄＢであった。
　また、１０Ｎの加重を加えたときの、その場所の振幅については、第１の面１２ｃ内で最も振幅が小さい場所の振幅が０．１５μｍであり、第１の面１２ｃ内で最も振幅が大きい場所の振幅が０．５７μｍであった。最小値の振幅０．１５μｍに対する最大値の振幅０．５７μｍの比は１１．６ｄＢであった。
　次に、振動素子１４に通常の音声信号を入力し、振動板１２の第１の面１２ｃを耳に近接または接触させて聞こえ具合を評価した。その結果、第１の面１２ｃを特に注意することなく耳に近接または接触させるだけで、小さい声から大きい声まで良好に聞き取ることができ、音声情報を良好に取得することができた。これは、第１の面１２ｃが耳に接触していない状態でも、第１の面１２ｃを耳に押し当てた状態でも同様だった。また、第１の面１２ｃのどの部分が耳の中央に位置するようにしても同様だった。さらに、第１の面１２ｃを耳に接触させれば、騒音環境下においても音声情報を良好に取得することができた。
１１：支持体
１２：振動板
１２ａ：第１部分
１２ｂ：第２部分
１２ｃ：第１の面
１４：振動素子
１５：振動装置
１７：電子回路
２１，２２，２３，２４，２５：電極
２７：圧電体層
ｄ１：第１の間隔
ｄ２：第２の間隔

Claims (6)

  1. 　支持体と、
    周縁が前記支持体に接合されて支持されており、前記支持体に接合された第１部分と、該第１部分の内側に位置する前記支持体に接合されていない第２部分とを有する振動板と、
    第１の方向の一方側の表面が前記振動板の一方主面の前記第２部分に接合されており、電気信号が入力されることによって、前記第１の方向に垂直な第２の方向に沿って振幅が変化するように前記第１の方向に屈曲振動する振動素子とを少なくとも有しており、
    前記第１の方向および前記第２の方向に垂直な第３の方向における前記振動素子と前記第１部分との間隔を第１の間隔とし、前記第２の方向における前記振動素子と前記第１部分との間隔を第２の間隔とすると、前記第１の間隔が前記第２の間隔よりも大きいことを特徴とする振動装置。
  2. 　前記振動素子が前記第２の方向に長い形状を有していることを特徴とする請求項１に記載の振動装置。
  3. 　前記第１の間隔をｄ１とし、前記第２の間隔をｄ２とすると、ｄ１／ｄ２≧１．５の関係が成り立つことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の振動装置。
  4. 　前記振動板は、他方主面である第１の面が外部に露出しており、前記電気信号に基づいて前記振動素子が振動することによって前記振動板が振動し、
    振動している前記振動板の前記第１の面内の任意の位置であるＡ点において、該Ａ点に１０Ｎの加重を加えた場合と加重を加えない場合の振幅を測定したときに、１０Ｎの加重を加えた場合の振幅に対する加重を加えない場合の振幅の比が６０ｄＢ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の振動装置。
  5. 　振動している前記振動板の前記第１の面内の任意の場所における、その場所に１０Ｎの加重を加えたときの振幅の、前記第１の面内の位置による差異が、最小値に対する最大値の比で６０ｄＢ以下であることを特徴とする請求項４に記載の振動装置。
  6. 　請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の振動装置と、前記振動素子に入力される電気信号を生成する電子回路とを少なくとも有していることを特徴とする携帯端末。
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