(57)【要約】【課題】電子機器の厚みを従来よりも薄くできる圧電振動部材を備えた電子機器を提供する。【解決手段】液晶タッチ入力パネル１０の裏面に取り付ける振動発生部材３は、導電性ダイアフラム３０と、導電性ダイアフラム３０に接続された表面電極層４２、表面電極層４２が表面に設けられた圧電素子４４及び圧電素子４４の裏面に設けられた裏面電極層４６を有する圧電振動素子４０と、液晶タッチ入力パネル１０に固定される表面に表面配線２５を含む表面側配線パターン２４を有する回路基板２０とを有する。圧電振動素子４０の裏面電極層４６と回路基板２０の表面配線２５とを接続する貫通導電部２１を備える。貫通導電部２１は、導電性ダイアフラム３０が導電性接合層３２を介して接続される取付電極２７、導電性ダイアフラム３０、圧電振動素子４０の表面電極層４２と電気的に絶縁された状態で、回路基板２０及び圧電振動素子４０の中心部を貫通している。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パネル部材と、
前記パネル部材の裏面に対して取り付けられて振動する振動発生部材と、
前記振動発生部材の振動を制御する振動制御部とを備えた電子機器であって、
前記振動発生部材が、
導電性ダイアフラムと、前記導電性ダイアフラムに電気的に接続された表面電極層と、前記表面電極層が表面に設けられた圧電素子と、前記圧電素子の裏面に前記表面電極層と対向するように設けられた裏面電極層とを有する複数の圧電振動素子と、
前記パネル部材に対して固定される表面に表面側配線パターンを有し且つ裏面に前記複数の圧電振動素子の前記導電性ダイアフラムが導電性接合層を介して接続される複数の取付電極を含む裏面側配線パターンを有する回路基板と、
前記圧電振動素子の前記導電性ダイアフラム及び前記表面電極層と、前記回路基板の前記取付電極と電気的に絶縁された状態で、前記回路基板及び前記圧電振動素子の中心部を貫通し、前記圧電振動素子の前記裏面電極層と前記回路基板の前記表面電極層とを接続する貫通接続構造部とを備えていることを特徴とする電子機器。
【請求項２】
前記パネル部材はユーザが表面をタッチするタッチ入力パネル部材であり、
前記振動制御部は、前記振動発生部材から可聴音を発生させない周波数で振動させることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項３】
前記パネル部材は、画像や映像を表示する表示パネル部材であり、
前記振動制御部は、前記振動発生部材を前記表示パネル部材から可聴音を発生させる周波数で振動させることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項４】
前記導電性ダイアフラム、前記表面電極層、前記圧電素子及び前記裏面電極層の外周輪郭形状は、同心の円板形状を呈している請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子機器。
【請求項５】
前記取付電極、前記導電性ダイアフラム及び前記表面電極層には、前記貫通接続構造部の周囲に前記貫通接続構造部と前記取付電極の本体部、前記導電性ダイアフラムの本体部及び前記表面電極層の本体部とを電気的に分離する環状の分離溝がそれぞれ形成されている請求項４に記載の電子機器。
【請求項６】
前記取付電極の前記本体部には、前記導電性接合層を構成する接合剤が入り込む複数の貫通孔または貫通溝が分散した状態で形成されている請求項１に記載の電子機器。
【請求項７】
前記回路基板は、内部に内部配線パターンを有する多層回路基板からなり、
前記多層回路基板の前記裏面上には、絶縁層を介して接地導電層が更に設けられている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子機器。
【請求項８】
前記タッチ入力パネル部材は、静電式タッチ入力パネルである請求項２に記載の電子機器。
【請求項９】
前記回路基板の前記複数の取付電極は、複数の電極行と２本以上の電極列を形成するように配置されており、
前記振動制御部は、前記タッチ入力パネル部材に前記ユーザが触れると、所定時間、同じ電極行に含まれる前記複数の圧電振動素子を同じ位相で振動させ、隣り合う他の電極列に含まれる前記複数の圧電振動素子を前記同じ位相とは逆の位相で振動させる動作を、一定周期毎に位相を変えて行うことを特徴とする請求項２に記載の電子機器。
【請求項１０】
前記回路基板の前記複数の取付電極は、複数の電極行と２本以上の電極列を形成するように配置されており、前記振動制御部は、前記前記タッチ入力パネル部材に前記ユーザが触れると、所定時間、行方向または列方向に隣り合う２つの前記圧電振動素子が逆の位相で振動するように前記複数の圧電振動素子を駆動する動作を、一定周期毎に位相を変えて行う請求項２に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パネル部材の裏面に対して振動発生部材が取り付けられた電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許第５４２１５００号公報（特許文献１）には、パネル部材の裏面側に振動部を設け、この振動部を所定のモードで振動させて、この振動をパネル部材に伝達する電子機器が開示されている。
【０００３】
また特開２００５−５１０８１５号公報（特許文献２）には、振動部に圧電振動部材を用いてパネル部材を振動させる電子機器が開示されている。
【０００４】
さらに特許第４４２６７３８号公報（特許文献３）には、圧電振動部材によって振動するパネル部材から可聴音を発生してパネル部材をスピーカとする電子機器（圧電スピーカシステム）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５４２１５００号公報
【特許文献２】特開２００５−５１０８１５号公報
【特許文献３】特許第４４２６７３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
パネル部材を振動させる従来の電子機器では、機器全体の厚みを薄くしたいという要望が常にある。しかしながら従来の圧電振動部材を振動源とする電子機器の構造では、この要望に応えることができなかった。
【０００７】
本発明の目的は、電子機器の厚みを従来よりも薄くすることができる圧電振動部材を備えた電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明が改良の対象とする電子機器は、パネル部材と、パネル部材の裏面に対して取り付けられて振動する振動発生部材と、振動発生部材の振動を制御する振動制御部とを備えた電子機器である。本発明においては、振動発生部材が、導電性ダイアフラムと、導電性ダイアフラムに電気的に接続された表面電極層と、表面電極層が表面に設けられた圧電素子と、圧電素子の裏面に表面電極層と対向するように設けられた裏面電極層とを有する複数の圧電振動素子と、パネル部材に対して固定される表面に表面側配線パターンを有し且つ裏面に複数の圧電振動素子の導電性ダイアフラムが導電性接合層を介して接続される複数の取付電極を含む裏面側配線パターンを有する回路基板と、圧電振動素子の導電性ダイアフラム及び表面電極層と、回路基板の取付電極と電気的に絶縁された状態で、回路基板及び圧電振動素子の中心部を貫通し、圧電振動素子の裏面電極層と回路基板の表面電極層とを接続する貫通接続構造部とを備えている。
【０００９】
本発明によれば、貫通接続構造部を設けたので、圧電振動素子の裏面電極層と回路基板の表面電極層とを接続するために、圧電振動素子の外側に接続用リード配線を設ける必要がなくなる。その結果、従来よりも電子機器の薄型化が可能になる。
【００１０】
パネル部材が、ユーザが表面をタッチするタッチ入力パネル部材の場合には、振動制御部が、振動発生部材をタッチ入力パネルから可聴音を発生させない周波数で振動させることにより、タッチに連動してタッチ入力パネル部材を振動させることができるので、タッチをする人にクリック感のみを与えることができる。
【００１１】
パネル部材が、画像や映像を表示する表示パネル部材である場合には、振動制御部が、振動発生部材を表示パネルから可聴音を発生させる周波数で振動させることにより、表示パネル部材をスピーカとして利用することができる。
【００１２】
導電性ダイアフラム、表面電極層、圧電素子及び裏面電極層の外周輪郭形状は、同心の円板形状を呈していてもよい。このような構成を採用すると、既存の圧電ブザー等に使用できる圧電振動素子を利用して安価に圧電振動部材を構成することができる。
【００１３】
取付電極、導電性ダイアフラム及び表面電極層には、貫通接続構造部の周囲に貫通接続構造部と取付電極の本体部、導電性ダイアフラムの本体部及び表面電極層の本体部とを電気的に分離する環状の分離溝がそれぞれ形成されている。このような構成を採用すると、貫通接続構造部を形成する際に、短絡が発生することを確実に防止できる。
【００１４】
取付電極の本体部には、導電性接合層を構成する接合剤が入り込む複数の貫通孔または貫通溝が分散した状態で形成されているのが好ましい。この構造によると、分散した貫通孔または貫通溝に接合剤が入り込んで、接合強度を高めることができる。
【００１５】
回路基板として、内部に内部配線パターンを有する多層回路基板を用いる場合には、多層回路基板の裏面上には、絶縁層を介して接地導電層が更に設けられているのが好ましい。このような接地導電層を設けると、導電層がシールド効果を発揮する。
【００１６】
タッチ入力パネル部材は、静電式タッチ入力パネルでもよい。
【００１７】
回路基板の複数の取付電極が、複数の電極行と２本以上の電極列を形成するように配置されている場合、振動制御部は、タッチ入力パネル部材にユーザが触れると、所定時間、同じ電極行に含まれる複数の圧電振動素子を同じ位相で振動させ、隣り合う他の電極列に含まれる複数の圧電振動素子を同じ位相とは逆の位相で振動させる動作を、一定周期毎に位相を変えて行うことができる。このようにするとタッチ入力パネル部材を全体的に振動させることができる。
【００１８】
また回路基板の複数の取付電極が、複数の電極行と２本以上の電極列を形成するように配置されている場合には、振動制御部は、タッチ入力パネル部材にユーザが触れると、所定時間、行方向または列方向に隣り合う２つの圧電振動素子が逆の位相で振動するように複数の圧電振動素子を駆動する動作を、一定周期毎に位相を変えて行うことができる。このようにするとタッチ入力パネル部材を全体的に振動させることができる。
【００１９】
スピーカとして使用するのは、最も音圧が大きくなる同相駆動モードである。振動がある程度あり、音が小さいのが二列の位相を交互に代える二列駆動モードである。用途に応じて駆動モードを選択すればよい。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように本発明に係る振動発生部材を備えた電子機器によると、貫通接続構造部を設けたので、従来よりも電子機器の厚みを薄くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る振動発生部材を備えた電子機器の一つの実施の形態の層状の構成を示す横断面図であり、各層の厚さ等の寸法は説明のために適宜変更されている（図２以下も同様）。
【図２】図１の電子機器の拡大横断面図である。
【図３】本発明の振動発生部材を備えた電子機器の実施の形態の回路基板部分をさらに拡大した横断面図である。
【図４】（Ａ），（Ｂ）及び（Ｃ）はそれぞれ、図３の圧電振動素子を含む振動発生部材の一部を切断した状態を裏面側から見た斜視図及び分解斜視図と、表面側から視た分解斜視図である。
【図５】（Ａ）は本発明の他の実施の形態における回路基板部分の図３と同様の横断面図であり、（Ｂ）は図５（Ａ）の変形例の横断面図である。
【図６】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）及び（Ｄ）はそれぞれ、別の圧電振動素子を含む振動発生部材の一部を切断した状態を裏面側から見た斜視図及び分解斜視図と、表面側から視た分解斜視図と表面側から見た斜視図である。
【図７】回路基板に複数の圧電振動素子を配置した例を示す図である。
【図８】（Ａ）及び（Ｂ）は、図７の回路基板を用いた図１の実施の形態を波形駆動モードで駆動した場合のタッチ入力パネル部材の振動分布図である。
【図９】（Ａ）及び（Ｂ）は、図７の回路基板を用いた図１の実施の形態を千鳥駆動モードで駆動した場合のタッチ入力パネル部材の振動分布図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る振動発生部材を備えた電子機器の実施の形態について詳細に説明する。図１は本発明に係る、振動発生部材を備えた電子機器１の構成を示すための横断面図であり、具体的にはこの電子機器はノートパソコン等の携帯端末であり、図１はそのディスプレイ部分の横断面である。図２は、圧電振動部材３の要部の断面図を示している。なお図１及び図２には、断面であることを示すハッチングは省略してある。
【００２３】
図１において、電子機器の表面には液晶タッチ入力パネル１０が露出しており、その裏面側の下層には回路基板２０と導電性ダイアフラム３０と圧電振動素子４０とが表面側から順に積層されて構成された振動発生部材３が構成されている。液晶タッチ入力パネル１０は静電容量式のタッチスイッチ機能を有している。振動発生部材３は液晶タッチ入力パネル１０の裏面に対して、液晶タッチ入力パネル１０に振動を伝達可能に取り付けられている。
【００２４】
振動発生部材３の下方には板状ダンパー１１、その下層に金属製のボトムプレート１２、さらにその下方に、フレーム１５とともに電子機器の筐体を構成する合成樹脂製の基材１３が設けられている。板状ダンパー１１には、上方に向かって突状ダンパー１４が突設されており、各ダンパー１１，１４は外力により液晶タッチ入力パネル１０が過度に変形したり振動発生部材が急激に振動したりすることによる破損や事故の発生を防止している。フレーム１５の厚さは各ダンパー１１，１４の積層方向の間隙が適当な大きさになるように調整されている。
【００２５】
振動発生部材３の導電性ダイアフラム３０は真鍮製の薄板であって、図視しない振動制御部が出力信号を発生して圧電振動素子４０が振動すると、その振動を液晶タッチ入力パネル１０に伝達する。
【００２６】
本実施の形態において、液晶タッチ入力パネル１０は表示パネル兼タッチ入力パネルであり、図示しない振動制御部が、振動発生部材３を液晶タッチ入力パネル１０から可聴音を発生させない周波数で振動させることにより、タッチに連動して液晶タッチ入力パネル１０を振動させてタッチをする人にクリック感を与える。なお振動制御部が、振動発生部材３を液晶タッチ入力パネル１０から可聴音を発生させる周波数で振動させることにより、液晶タッチ入力パネル１０をスピーカとして利用することができる。
【００２７】
図２に示すように、圧電振動素子４０は、圧電素子４４と、圧電素子４４の表側に設けられた表面電極層４２と、圧電素子４４の裏面に表面電極層４２と対向するように設けられた裏面電極層４６とからなる。表面電極層４２は導電性ダイアフラム３０に電気的に接続されている。圧電素子４４はチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）製であり、表面電極層４２及び裏面電極層４６は圧電素子４４の両面に銀ペーストをスクリーン印刷するかまたは銀を蒸着することにより形成されている。
【００２８】
回路基板２０は、本実施の形態においては板状の絶縁層２２の両面に銅箔製の配線パターンを形成されて構成されている。すなわち両面の配線パターンは、液晶タッチ入力パネル１０に対して固定される表面に印刷されている表面側配線パターン２４と、複数の振動発生部３の導電性ダイアフラム３０が接続される裏面側配線パターン２６である。裏面側配線パターン２６と導電性ダイアフラム３０とは、導電性の接合材よりなる導電性接合層３２を介して接続されている。
【００２９】
図３に示す拡大した断面図を参照すると、裏面側配線パターン２６には複数の取付電極２７が形成されている。取付電極２７は、導電性接合層３２を介して導電性ダイアフラム３０に接続され、さらには圧電振動素子４０の表面電極層４２に電気的に接続されている。図２及び図４（Ｂ）に示すように、取付電極２７には複数の貫通孔ｈが分散した状態で形成されている。これら複数の貫通孔ｈは、銅箔のエッチングにより形成されている。このような取付電極２７の構造によると、分散した貫通孔ｈに導電性の接合材が入り込んで、取付電極２７と導電性ダイアフラム３０との接合強度を高めることができる。
【００３０】
図３に示すように、裏面側配線パターン２６の取付電極２７以外の部分は、裏面電極リード２８を構成する。裏面電極リード２８は、貫通導電部２９、表面配線２５及び貫通接続構造部を構成する貫通導電部２１を介して、圧電振動素子４０の裏面電極層４６に接続されている。
【００３１】
図２及び図３に示す貫通導電部２１は、貫通孔５０に導電性ペースト等を充填して形成されており、回路基板２０の表面配線２５から圧電振動素子４０の裏面電極層４６に達して、裏面電極層４６と回路基板２０の表面配線２５とを接続する。貫通孔５０は、回路基板２０、導電性ダイアフラム３０及び圧電振動素子４０の中心部を貫通しており、その中を貫通導電部２１が通っている。
【００３２】
なお表面側配線パターン２４の表面配線２５以外の部分には、接地導電層２３が構成されている。このような接地導電層２３を設けると、接地導電層２３がシールド効果を発揮する。
【００３３】
振動制御部は裏面電極リード２８と取付電極２７とに接続されており、表面電極層４２と裏面電極層４６との間に所定周波数の駆動電圧を印加することにより、圧電振動素子４０を振動させる。これにより導電性ダイアフラム３０及び回路基板２０を介して液晶タッチ入力パネル１０を振動させる。操作者の液晶タッチ入力パネル１０のタッチは、静電容量の変化により検出され、振動制御部に入力される。
【００３４】
図４に示すように、導電性ダイアフラム３０、表面電極層４２、圧電振動素子４０及び裏面電極層４６の外周輪郭形状は、同心の円板形状を呈している。このような構成を採用すると、既存の圧電ブザー等に使用できる圧電振動素子を利用して安価に圧電振動部材３を構成することができる。
【００３５】
また図４（Ａ）乃至（Ｃ）に示すように取付電極２７、導電性ダイアフラム３０及び表面電極層４２には、貫通孔５０の周囲に貫通導電部２１（図２及び図３には示してあるが、図４には示していない）と取付電極２７の本体部、導電性ダイアフラム３０の本体部及び表面電極層４２の本体部とを電気的に分離する環状の分離溝５２，５４及び５６がそれぞれ形成されている。このような構成を採用すると、貫通導電部２１を形成しても、短絡が発生することを防止できる。
【００３６】
図５（Ａ）は本発明の他の実施の形態における回路基板部分の横断面図を示す。図５（Ａ）の回路基板部分は、図３に示した回路基板部分と同様の機能を果たすものであり、振動発生部材の構成部材として互換性がある。回路基板６０は３つの絶縁層、すなわち表面側から順に表面絶縁層６２、中間絶縁層６４、裏面絶縁層６６を含む。各絶縁層の両面と層間に配線パターンが設けられており、表面絶縁層６２の表面は接地導電層７０、表面絶縁層６２と中間絶縁層６４との間は表面側配線パターン７１、中間絶縁層６４と裏面絶縁層６６との間は中間配線パターン７２、裏面絶縁層６６の裏面は裏面側配線パターン７３である。裏面側配線パターン７３には取付電極７４と裏面電極リード７５が形成されている。裏面電極リード７５は貫通導電部７６、表面側配線パターン７１の表面配線７７、貫通導電部７８を介して、圧電振動素子４０の裏面電極層４６に接続されている。なお図（Ｂ）に示すように、図５（Ａ）の回路基板部分の接地導電層７０は取り除いてもよい。
【００３７】
図６（Ａ）乃至（Ｄ）に示すように、取付電極７４は導電性ダイアフラム３０や圧電振動素子４０の外周輪郭形状と同心でやや大きい円板形状であり、貫通導電部７８の周囲に貫通導電部７８と取付電極７４の本体部とを電気的に分離する環状の分離溝７９が形成されている。
【００３８】
次に本実施の形態に係る電子機器であるノートパソコン等の携帯端末への適用について説明する。ノートパソコンのディスプレイである液晶タッチ入力パネル１０の表面には、ユーザがタッチして入力を行うためのボタン、キー、画像等が表示されている。この表示を行うパソコンの中央制御部（図示していない）と連動する振動制御部は、静電容量式の液晶タッチ入力パネル１０上のユーザがタッチした箇所を静電容量の変化から検知する。そして中央制御部にタッチした箇所の情報を知らせ、振動制御部は中央制御部からの指令を受け取って、各圧電振動素子４０を振動させ、導電性ダイアフラム３０、回路基板２０を介して液晶タッチ入力パネル１０を振動させる。
【００３９】
液晶タッチ入力パネル１０を振動させる周波数が、可聴音を発生させない程度に低い場合、タッチする人にクリック感を与え、可聴音を発生させる高さである場合、タッチする人にクリック音を供給する。仮にタッチされた箇所が誤りだったり、操作できない箇所である場合には、本実施の形態においては、正しいタッチの場合とは異なるクリック感や警告音を発してユーザに誤りや無効の操作があったことを報知するように設定することができる。その他、ユーザの操作に基づいて、振動の発生を停止してクリック音を消音したり、クリック感の強弱を選択したりすることもできる。
【００４０】
クリック感やクリック音は、本実施の形態のように複数の取付電極２７を備えている場合に、各取付電極２７に印加される交流電圧の位相を調整することにより、同じ周波数の交流電圧でも振動及び音圧の大きさを変化させることができる。
【００４１】
仮に図７のように複数の取付電極を５行×２列のマトリクス状を形成するように配置して１０個の圧電振動素子４０を取り付けた場合、振動制御部は、タッチ入力パネル１０にユーザが触れると、所定時間、同じ電極行に含まれる複数の圧電振動素子を同じ位相で振動させ、隣り合う他の電極列に含まれる複数の圧電振動素子を同じ位相とは逆の位相で振動させる動作を、一定周期毎に位相を変えて行うことができる。このような波形駆動モードで駆動すると、図８に示すように、タッチ入力パネル１０を全体的に振動させることができ、振動も音圧も最も大きくなる。波形駆動モードは、タッチ入力パネルの振動（クリック感発生）に向いている。
【００４２】
また振動制御部は、タッチ入力パネルにユーザが触れると、所定時間、行方向または列方向に隣り合う２つの圧電振動素子が逆の位相で振動するように複数の圧電振動素子を駆動する動作を、一定周期毎に位相を変えて行う千鳥駆動モードで８個の圧電振動素子４０を駆動することができる。このような千鳥駆動モードで８個の圧電振動素子４０を駆動すると、図９（Ａ）及び（Ｂ）に示すようにタッチ入力パネル１０を全体的に振動させることができる。この千鳥駆動モードでは、振動が小さく、音圧も小さくなるので、静かな状態でクリック感を生じさせる用途に向いている。
【００４３】
全ての圧電振動素子４０を同相で駆動する同相駆動モードでは、最も音圧が大きくなるのでスピーカとして使用するのに適している。二列の圧電振動素子の位相を交互に変える二列駆動モードでは、振動がある程度あり、音が小さい。このように、複数の取付電極をマトリクス状に配置した場合には、用途に応じて各駆動モードを選択することができる。
【００４４】
以上のように本実施の形態の電子機器によれば、貫通接続構造部（貫通孔５０及び貫通導電部２１，貫通導電部７８）を設けたので、圧電振動素子４０の裏面電極層４６と回路基板２０の表面配線２５とを電気的に接続するために、圧電振動素子４０の外側に接続用リード配線を設ける必要がなくなる。その結果、従来よりも電子機器の薄型化が可能になる。
【符号の説明】
【００４５】
１０  液晶タッチ入力パネル
２０  回路基板
２２  絶縁層
２１  貫通導電部（貫通接続構造部）
２４  表面側配線パターン
２５  表面配線
２６  裏面側配線パターン
２７  取付電極
２８  裏面電極リード
３０  導電性ダイアフラム
３２  導電性接合層
４０  圧電振動素子
４２  表面電極層
４４  圧電素子
４６  裏面電極層
５０  貫通孔
５２，５４，５６  分離溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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