(57)【要約】【課題】圧電型の電気音響変換器を有する電子機器が小型であっても、後気室の空気容量を十分に確保することができる電子機器を提供する。【解決手段】電子機器１００は、筐体１１０内に固定された回路基板２２０及び電気音響変換器２１０を有し、電気音響変換器２１０は、シート状の振動部材２１２と、振動部材２１２に取り付けられた圧電振動子２１１と、振動部材２１２を支持した支持部材２１３を有する。振動部材２１２と回路基板２２０との間に主後気室２４０が形成され、回路基板２２０と、回路基板２２０を基準として主後気室２４０とは反対側の筐体内面１１０ｂと、が離間している。回路基板２２０には、主後気室２４０に面する通気孔２２１が形成され、通気孔２２１を介して、主後気室２４０と、回路基板２２０と筐体内面１１０ｂとの間の空間である副後気室２５０と、が連通している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
音孔が形成されている筐体と、
前記筐体内に固定されている回路基板と、
前記筐体内に配置されている電気音響変換器と、
を有し、
前記電気音響変換器は、
シート状の振動部材と、
前記振動部材の一方の面に取り付けられた圧電振動子と、
前記振動部材の縁を支持し、前記回路基板と前記筐体との少なくとも一方に固定されている支持部材と、
を有し、
前記振動部材の表側の面と前記筐体の内面との間に前気室が形成され、
前記振動部材の裏側の面と前記回路基板との間に主後気室が形成され、
前記音孔は前記前気室に面して配置され、
前記回路基板と、前記回路基板を基準として前記主後気室とは反対側の筐体内面と、が離間し、
前記回路基板には、前記主後気室に面する通気孔が形成され、前記通気孔を介して、前記主後気室と、前記回路基板と前記筐体内面との間の空間である副後気室と、が連通していることを特徴とする電子機器。
【請求項２】
前記支持部材は、少なくとも前記回路基板に固定されてい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】
前記支持部材が前記回路基板と前記筐体とに挟まれて固定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子機器。
【請求項４】
前記支持部材と前記回路基板との間と、前記支持部材と前記筐体との間と、のうちの少なくとも何れか一方に、弾性部材が介装されていることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項５】
前記支持部材と前記回路基板との間に弾性部材が介装されていることを特徴とする請求項４に記載の電子機器。
【請求項６】
前記振動部材の表側の面と前記筐体の内面との間の距離よりも、前記振動部材の裏側の面と前記回路基板との間の距離の方が小さいことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の電子機器。
【請求項７】
前記圧電振動子の発振周波数が２０ｋＨｚ以上であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の電子機器。
【請求項８】
当該電子機器は携帯端末装置であることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機などの電子機器においては、音楽再生、ハンズフリーなどの音響機能を商品価値とした薄型でスタイリッシュな機器が開発されている。このような状況の中、電気音響変換器（スピーカ）に対しては、小型、薄型でかつ高音質であることが求められ、広く用いられている動電型に代わる圧電型の薄型電気音響変換器の開発が活発になされている。
【０００３】
圧電型の電気音響変換器は圧電振動子の伸縮運動を利用して音波を再生するものである。この電気音響変換器は、シート状の振動部材と、この振動部材に取り付けられた圧電振動子と、を有している。
【０００４】
特許文献１には、携帯端末内に実装されるスピーカの実装構造において、スピーカは少なくとも一つの通気孔が形成された底部を備え、該底部は回路基板に直接接しており、回路基板には通気孔とスピーカの外側空間とをつなぐ溝が形成されている構成が記載されている。
【０００５】
特許文献２には、圧電振動板によって内部空間が前気室と後気室とに区画されたケースと、前気室と外部とを連通する放音孔と、後気室と外部とを連通する開放孔と、を備えた電気音響変換器が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−０５３８９８号公報
【特許文献２】特開２００８−１９９２６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、圧電型の電気音響変換器においては、圧電振動子の両面から音波が発生する。そして、音響設計の観点からは電気音響変換器の後気室の空気容量が大きな課題となる。すなわち、電気音響変換器の振動部材が振動する際に、前気室或いは後気室の容量が小さい場合、イナータンスの影響を強く受けてしまい、振動量の減衰や、基本共振周波数が高帯域でシフトするなどの問題点が生じる。
特に、薄型携帯電話機などの小型の電子機器では、電気音響変換器は回路基板と筺体との間に介在し、筐体と回路基板とのクリアランスが特に狭小であり、後気室の空気容量が小さいことが多く、改善策が必要とされていた。
【０００８】
本発明の目的は、圧電型の電気音響変換器を有する電子機器が小型であっても、後気室の空気容量を十分に確保することができる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】
【０００９】
本発明は、音孔が形成されている筐体と、
前記筐体内に固定されている回路基板と、
前記筐体内に配置されている電気音響変換器と、
を有し、
前記電気音響変換器は、
シート状の振動部材と、
前記振動部材の一方の面に取り付けられた圧電振動子と、
前記振動部材の縁を支持し、前記回路基板と前記筐体との少なくとも一方に固定されている支持部材と、
を有し、
前記振動部材の表側の面と前記筐体の内面との間に前気室が形成され、
前記振動部材の裏側の面と前記回路基板との間に主後気室が形成され、
前記音孔は前記前気室に面して配置され、
前記回路基板と、前記回路基板を基準として前記主後気室とは反対側の筐体内面と、が離間し、
前記回路基板には、前記主後気室に面する通気孔が形成され、前記通気孔を介して、前記主後気室と、前記回路基板と前記筐体内面との間の空間である副後気室と、が連通していることを特徴とする電子機器を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、主後気室と、通気孔を介して主後気室と連通された副後気室と、を有するので、圧電型の電気音響変換器を有する電子機器が小型であっても、その電気音響変換器の後気室の空気容量を十分に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係る電子機器の模式的な断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る電子機器が備える電気音響変換器の模式的な断面図である。
【図３】圧電振動子の層構造を示す模式的な断面図である。
【図４】第２の実施形態に係る電子機器の一例の模式的な断面図である。
【図５】第２の実施形態に係る電子機器の他の一例の模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様の構成要素には同一の符号を付し、適宜に説明を省略する。
【００１３】
〔第１の実施形態〕
図１は第１の実施形態に係る電子機器１００の模式的な断面図である。
【００１４】
本実施形態に係る電子機器１００は、音孔１１１が形成されている筐体１１０と、筐体１１０内に固定されている回路基板２２０と、筐体１１０内に配置されている電気音響変換器２１０と、を有し、電気音響変換器２１０は、シート状の振動部材２１２と、振動部材２１２の一方の面（例えば、表側の面２１２ａ）に取り付けられた圧電振動子２１１と、振動部材２１２の縁を支持し、回路基板２２０と筐体１１０との少なくとも一方に固定されている支持部材２１３と、を有し、振動部材２１２の表側の面２１２ａと筐体１１０の内面１１０ａとの間に前気室２３０が形成され、振動部材２１２の裏側の面２１２ｂと回路基板２２０との間に主後気室２４０が形成され、音孔１１１は前気室２３０に面して配置され、回路基板２２０と、回路基板２２０を基準として主後気室２４０とは反対側の筐体内面１１０ｂと、が離間し、回路基板２２０には、主後気室２４０に面する通気孔２２１が形成され、通気孔２２１を介して、主後気室２４０と、回路基板２２０と筐体内面１１０ｂとの間の空間である副後気室２５０と、が連通している。電子機器は、例えば、携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、小型ゲーム機器、ラップトップ型パーソナルコンピュータなどの携帯端末装置である。以下、詳細に説明する。
【００１５】
筐体１１０は、例えば、直方体形状となっている。なお、筐体１１０は、その内部空間と外部空間とを仕切ることができ、且つ、その内部に設けられた各種の構成要素（回路基板２２０等）を支持することができれば良いため、その他の形状であっても良い。
筐体１１０内には、回路基板２２０が固定されている。
【００１６】
支持部材２１３は、例えば、少なくとも回路基板２２０に固定されている。本実施形態の場合、支持部材２１３は、例えば、その一端（例えば、図１の下端）が回路基板２２０の一方の面上に固定されているとともに、その他端（例えば、図１の上端）が筐体１１０の内面１１０ａに固定されている。すなわち、支持部材２１３は、回路基板２２０と筐体１１０の内面１１０ａとに挟まれて固定されている。
【００１７】
音孔１１１は、例えば、筐体１１０において、振動部材２１２の表側の面２１２ａと対向する部位に配置されている。なお、音孔１１１の数は、複数であっても良いし、１つであっても良い。
【００１８】
また、通気孔２２１は、回路基板２２０において、振動部材２１２の裏側の面２１２ｂと対向する部位に形成されている。通気孔２２１の数は、１つであっても良いし、複数であっても良い。
【００１９】
なお、例えば、前気室２３０の高さ（振動部材２１２の表側の面２１２ａと筐体１１０の内面１１０ａとの間の距離）よりも、主後気室２４０の高さ（振動部材２１２の裏側の面２１２ｂと回路基板２２０との間の距離）の方が小さいことが一例として挙げられる。更には、前気室２３０よりも主後気室２４０の容量が小さいことが一例として挙げられる。
【００２０】
また、電子機器１００は、電気音響変換器２１０の圧電振動子２１１の動作制御を行う制御部２１４を有している。
【００２１】
図２は電気音響変換器２１０の模式図である。
【００２２】
電気音響変換器２１０は、シート状の振動部材２１２と、圧電振動子２１１と、支持部材２１３と、を備えている。圧電振動子２１１は、振動部材２１２の一方の面に取り付けられている。支持部材２１３は、振動部材２１２の縁を支持している。また、支持部材２１３は、例えば、回路基板２２０（図１）の一方の面上に固定されている。
制御部２１４は、圧電振動子２１１に発振信号を入力することによって圧電振動子２１１を振動させて、圧電振動子２１１及び振動部材２１２より音波を発振させる。
【００２３】
振動部材２１２は、圧電振動子２１１から発生した振動によって振動し、例えば周波数が２０ｋＨｚ以上の音波を発振する。なお、圧電振動子２１１も、自身が振動することによって、例えば周波数が２０ｋＨｚ以上の音波を発振する。また振動部材２１２は、圧電振動子２１１の基本共振周波数を調整する。機械振動子の基本共振周波数は、負荷重量と、コンプライアンスに依存する。コンプライアンスは振動子の機械剛性であるため、振動部材２１２の剛性を制御することで、圧電振動子２１１の基本共振周波数を制御できる。なお、振動部材２１２の厚みは５μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。また、振動部材２１２は、剛性を示す指標である縦弾性係数が１Ｇｐａ以上５００ＧＰａ以下であることが好ましい。振動部材２１２の剛性が低すぎる場合や、高すぎる場合は、機械振動子として特性や信頼性を損なう可能性が出てくる。なお、振動部材２１２を構成する材料は、金属や樹脂など、脆性材料である圧電振動子２１１に対して高い弾性率を持つ材料であれば特に限定されないが、加工性やコストの観点からリン青銅やステンレスなどが好ましい。
【００２４】
本実施形態において、圧電振動子２１１の平面形状は円形である。ただし圧電振動子２１１の平面形状は円形に限定されない。圧電振動子２１１は、振動部材２１２に対向する面の全面が接着剤によって振動部材２１２に固定されている。これにより、圧電振動子２１１の片面の全面が振動部材２１２によって拘束される。
【００２５】
制御部２１４は、圧電振動子２１１に入力する電気信号、すなわち電気音響変換器２１０における変調信号を生成する。変調信号の輸送波は、例えば、周波数が２０ｋＨｚ以上の超音波であり、具体的には、例えば１００ｋＨｚの超音波である。制御部２１４は、再生すべき音声の音声信号に応じて、圧電振動子２１１を制御する。
【００２６】
図３は、圧電振動子２１１の厚さ方向の層構造を示す断面図である。圧電振動子２１１は、圧電体３６、上面電極３７及び下面電極３８を有している。
【００２７】
圧電体３６は厚さ方向に分極している。圧電体３６を構成する材料は、圧電効果を有する材料であれば、無機材料及び有機材料のいずれであってもよい。ただし、電気機械変換効率が高い材料、例えばジルコン酸チタン酸塩（ＰＺＴ）やチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）であるのが好ましい。圧電体３６の厚さｈ１は、例えば１０μｍ以上１ｍｍ以下である。厚さｈ１が１０μｍ未満の場合、電気音響変換器２１０の製造時に圧電振動子２１１が破損する可能性が生じる。また厚さｈ１が１ｍｍ超の場合、電気機械変換効率が低くなりすぎてしまい、十分な大きさの振動を得られない可能性がある。その理由は、圧電振動子２１１の厚さが厚くなると、圧電振動子内における電界強度は反比例して小さくなるためである。
【００２８】
上面電極３７及び下面電極３８を構成する材料は特に限定されないが、例えば、銀や銀／パラジウムを使用することができる。銀は低抵抗で汎用的な電極材料として使用されているため、製造プロセスやコストなどに利点がある。銀／パラジウムは耐酸化に優れた低抵抗材料であるため、信頼性の観点から利点がある。また、上面電極３７及び下面電極３８の厚さｈ２は特に限定されないが、その厚さｈ２が１μｍ以上５０μｍ以下であるのが好ましい。厚さｈ２が１μｍ未満では、上面電極３７及び下面電極３８を均一に成形することが難しくなり、その結果、電気機械変換効率が低下する可能性がある。また、上面電極３７及び下面電極３８の膜厚が１００μｍを超える場合は、上面電極３７及び下面電極３８が圧電体３６に対して拘束面となり、エネルギー変換効率を低下させてしまう可能性が生じる。
【００２９】
圧電振動子２１１は、外径＝φ１８ｍｍ、内径＝φ１２ｍｍ、厚み＝１００μｍとすることができる。また上面電極３７及び下面電極３８としては、例えば厚み８μｍの銀／パラジウム合金（重量比は例えば７：３）を用いることができる。また振動部材２１２は、外径＝φ２０ｍｍ、厚み＝５０μｍ（０．３ｍｍ）のリン青銅を用いることができる。支持部材２１３は電気音響変換器２１０のケースとして機能するものであり、例えば、外径＝φ２２ｍｍ、内径＝φ２０ｍｍの筒状（例えば円筒状）に形成されている。
【００３０】
電気音響変換器２１０は、圧電振動子２１１からＡＭ変調やＤＳＢ変調、ＳＳＢ変調、ＦＭ変調をかけた超音波（輸送波）を空気中に放射し、超音波が空気中に伝播する際の非線形特性により、可聴音を出現させるものである。ここでの非線形とは、流れの慣性作用と粘性作用の比で示されるレイノルズ数が大きくなると、層流から乱流に推移することを示す。音波は流体内で微少にじょう乱しているため、音波は非線形で伝播している。特に超音波周波数帯では音波の非線形性が容易に観察できる。そして超音波を空気中に放射した場合、音波の非線形性に伴う高調波が顕著に発生する。また音波は、空気中において分子密度に濃淡が生じる疎密状態である。そして空気分子が圧縮よりも復元するのに時間が生じた場合、圧縮後に復元できない空気が、連続的に伝播する空気分子と衝突し、衝撃波が生じる。この衝撃波により可聴音が発生する、つまり可聴音が再生（復調）される。
【００３１】
ここで、振動部材２１２は、圧電振動子２１１の振動に伴い、上下に振幅運動する。
【００３２】
この際に、前気室２３０内の空気は、音孔１１１を介して、前気室２３０内と、筐体１１０の外部空間と、の間で出し入れされる。
【００３３】
一方、主後気室２４０内の空気は、通気孔２２１を介して、主後気室２４０内と、副後気室２５０内と、の間で出し入れされる。つまり、主後気室２４０だけでなく、副後気室２５０も、電気音響変換器２１０の後気室として機能することになる。これにより、振動部材２１２が振動する際のイナータンスの影響を十分に抑制することができるので、振動部材２１２の振動量を十分に確保できるとともに、基本共振周波数が高帯域でシフトするなどの問題の発生を抑制することができる。
よって、主後気室２４０の容量として極小さい容量しか確保できない場合であっても、電気音響変換器２１０から出力される音声を容易に高音質化することができる。
【００３４】
以上のような第１の実施形態によれば、主後気室２４０が、回路基板２２０に形成された通気孔２２１を介して、回路基板２２０を基準として主後気室２４０とは反対側の空間である副後気室２５０と連通している。また、回路基板２２０と、回路基板２２０を基準として主後気室２４０とは反対側の筐体内面１１０ｂと、が離間している。このため、圧電型の電気音響変換器２１０を有する電子機器１００が小型であっても、後気室（主後気室２４０と副後気室２５０とを合わせた空間）の空気容量を十分に確保することができる。よって、電気音響変換器２１０から効率的に音波を出力することができ、容易に高音質を実現することができる。
【００３５】
更に、本実施形態では、支持部材２１３が回路基板２２０と筐体１１０とに挟まれて固定されているので、圧電振動子２１１の振動に起因する支持部材２１３の振動を抑制することができる。よって、支持部材２１３の振動によるエネルギーロスの発生を抑制できる。これにより、音圧レベルの減衰や、異音が生じるなどの問題の発生を抑制することができる。
【００３６】
〔第２の実施形態〕
図４は第２の実施形態に係る電子機器１００の一例の模式的な断面図、図５は第２の実施形態に係る電子機器１００の他の一例の模式的な断面図である。
【００３７】
上記の第１の実施形態では、支持部材２１３が直接回路基板２２０及び筐体１１０に接している例を説明した。これに対し、第２の実施形態では、支持部材２１３と回路基板２２０との間と、支持部材２１３と筐体１１０との間と、のうちの少なくとも何れか一方に、弾性部材が介装されている。
【００３８】
すなわち、図４の例では、支持部材２１３と筐体１１０との間に弾性部材２６０が介装されている。
また、図５の例では、支持部材２１３と筐体１１０との間に弾性部材２６０が介装されているだけでなく、支持部材２１３と回路基板２２０との間に弾性部材２７０が介装されている。
【００３９】
弾性部材２６０、２７０は、例えば、合成樹脂や合成ゴム、天然繊維などにより構成することができる。
【００４０】
以上のような第２の実施形態によれば、このように弾性部材２６０、２７０を配置することにより、圧電振動子２１１の振動に起因する電子機器１００の制震効率を高め、より高音質化が実現できる。
【００４１】
上記の各実施形態では、振動部材２１２の一方の面にのみ圧電振動子２１１が取り付けられたユニモルフ構造の電気音響変換器２１０を例示したが、振動部材２１２の両面にそれぞれ圧電振動子２１１を設けたバイモルフ構造の電気音響変換器２１０を用いても良い。
【００４２】
また、電子機器１００が単一の電気音響変換器２１０を有する例を示したが、電子機器１００は、複数の電気音響変換器２１０を有していても良い。この場合、例えば、フェーズドアレイ法などにより、可聴音が再生される音場が特定の領域に形成されるようにすることも可能である。
【符号の説明】
【００４３】
３６ 圧電体
３７ 上面電極
３８ 下面電極
１００ 電子機器
１１０ 筐体
１１０ａ 内面
１１０ｂ 筐体内面
１１１ 音孔
２１０ 電気音響変換器
２１１ 圧電振動子
２１２ 振動部材
２１２ａ 面
２１２ｂ 面
２１３ 支持部材
２１４ 制御部
２２０ 回路基板
２２１ 通気孔
２３０ 前気室
２４０ 主後気室
２５０ 副後気室
２６０ 弾性部材
２７０ 弾性部材
【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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