(57)【要約】【課題】発振装置を備えた電子機器の音響特性の劣化を抑制する。【解決手段】電子機器２００は、基板４０と、基板４０上に設けられた複数の発振装置１００と、を備え、発振装置１００は、圧電振動子１０と、一面において圧電振動子１０を拘束する振動部材２０と、振動部材２０を保持する支持枠３０と、を有しており、複数の発振装置１００を構成する各支持枠３０は、互いにゲル層３２を介して接するように基板４０上に設けられている。【選択図】図１
2012217035.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられた複数の発振装置と、
を備え、
前記発振装置は、
圧電振動子と、
一面において前記圧電振動子を拘束する振動部材と、
前記振動部材を保持する支持枠と、
を有しており、
前記複数の発振装置を構成する各前記支持枠は、互いに第１ゲル層を介して接するように基板上に設けられている電子機器。
【請求項２】
請求項１に記載の電子機器において、
前記第１ゲル層は、シリコンハイドロゲル、またはポリエチレンオキシドゲルにより構成される電子機器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電子機器において、
前記振動部材は、第２ゲル層を介して前記支持枠に保持されている電子機器。
【請求項４】
請求項１ないし３いずれか１項に記載の電子機器において、
前記振動部材の縁に設けられた弾性部材を備え、
前記支持枠は、前記弾性部材を介して前記振動部材を保持する電子機器。
【請求項５】
請求項１または２に記載の電子機器において、
前記振動部材の前記一面、または前記一面とは反対の他面に設けられた第１弾性部材と、
前記振動部材を、前記第１弾性部材を介して保持し、かつ前記支持枠によって保持されている支持部材と、
を備える電子機器。
【請求項６】
請求項５に記載の電子機器において、
前記支持部材の縁に設けられた第２弾性部材を備え、
前記支持枠は、前記第２弾性部材を介して前記支持部材を保持している電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発振装置を有する電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器に搭載する電気音響変換器として、圧電型電気音響変換器がある。圧電型電気音響変換器は、圧電振動子に電界を印加することにより発生する伸縮運動を利用して、振動振幅を発生させるものである。圧電型電気音響変換器は、振動振幅を発生させるために多数の部材を必要とせず、薄型化に有利である。
圧電型電気音響変換器に関する技術としては、例えば特許文献１〜１０に記載のものがある。
【０００３】
他にも、圧電素子を利用した技術としては、例えば特許文献１１〜１３に記載のものがある。特許文献１１に記載の技術は、制振対象物の振動エネルギーを圧電素子によって電気エネルギーに変換する圧電制振ユニットに関するものである。特許文献１２に記載の技術は、固定支持部材に対し、圧電素子の内周または外周の厚み部分に係合して圧電素子を支持する係合凹部を設けるというものである。特許文献１３に記載の技術は、音響整合層の表面等に補強層を備えた超音波探触子に関するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２７１０９６号公報
【特許文献２】国際公開第２００７／０８３４９７号パンフレット
【特許文献３】国際公開第２００８／０８４８０６号パンフレット
【特許文献４】特開平１１−１６４３９６号公報
【特許文献５】特開２００２−１０８３４６号公報
【特許文献６】実開昭５９−５６９００号公報
【特許文献７】特開２０００−３０５５７３号公報
【特許文献８】特開２００３−１２５４９０号公報
【特許文献９】特開２００６−５０３０９号公報
【特許文献１０】特開２００８−５４０６８号公報
【特許文献１１】特開２０００−３５７８２４号公報
【特許文献１２】特開２００１−１５７４７４号公報
【特許文献１３】特開平１１−１７８８２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
複数の発振装置を有する電子機器においては、一の発振装置の振動が、振動部材を保持する支持枠等を介して他の発振装置に伝播してしまう場合がある。この場合、電子機器の音響特性は劣化してしまう。
【０００６】
本発明の目的は、電子機器の音響特性の劣化を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、基板と、
前記基板上に設けられた複数の発振装置と、
を備え、
前記発振装置は、
圧電振動子と、
一面において前記圧電振動子を拘束する振動部材と、
前記振動部材を保持する支持枠と、
を有しており、
前記複数の発振装置を構成する各前記支持枠は、互いに第１ゲル層を介して接するように基板上に設けられている電子機器が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電子機器の音響特性の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係る電子機器を示す断面図である。
【図２】図１に示す電子機器を示す平面図である。
【図３】図１に示す圧電振動子を示す断面図である。
【図４】図１に示す電子機器の機械回路図である。
【図５】第２の実施形態に係る電子機器を示す断面図である。
【図６】第３の実施形態に係る電子機器を示す断面図である。
【図７】第４の実施形態に係る電子機器を示す断面図である。
【図８】図７に示す電子機器の機械回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１１】
図１は、第１の実施形態に係る電子機器２００を示す断面図である。図１は、電子機器２００の一部を示している。電子機器２００は、基板４０と、基板４０上に設けられた複数の発振装置１００と、を備えている。電子機器２００は、例えば携帯電話機等の携帯端末装置である。
【００１２】
発振装置１００は、圧電振動子１０と、振動部材２０と、支持枠３０と、を有している。振動部材２０は、一面において圧電振動子１０を拘束する。支持枠３０は、振動部材２０を保持する。複数の発振装置１００を構成する各支持枠３０は、互いにゲル層３２を介して接するように基板４０上に設けられている。以下、電子機器２００の構成について詳細に説明する。
【００１３】
図２は、図１に示す電子機器２００を示す平面図である。図２は、電子機器２００の一部を示している。図２に示すように、複数の発振装置１００は、基板４０上にアレイ状に配列されている。アレイ状に配列した複数の発振装置１００から音波を出力することにより、音波の出力方向を一定方向に絞り込むことができる。
【００１４】
基板４０は、例えば電子機器２００の筐体である。また、基板４０は、プリント配線板であってもよい。
【００１５】
ゲル層３２は、例えばシリコンハイドロゲル、またはポリエチレンオキシドゲルである。図２に示すように、ゲル層３２は、複数の発振装置１００を構成する各支持枠３０間に充填されている。これにより、各支持枠３０は、互いにゲル層３２を介して接することとなる。また、各支持枠３０は、互いに直接接触しないように設けられている。
【００１６】
図１に示すように、発振装置１００は、振動部材２０の縁に設けられた弾性部材２２を備えている。弾性部材２２は、例えば振動部材２０の全周に設けられている。また、弾性部材２２は、例えばウレタン、ＰＥＴまたはポリエチレン等の樹脂材料等によって構成される。弾性部材２２の膜厚は、例えば１０μｍ以上５００μｍ以下である。弾性部材２２は、例えば振動部材２０の振動方向（図１中上下方向）および面方向（図１中左右方向）において、支持枠３０のバネ定数の１／１０以下のバネ定数を有するように設計することができる。
支持枠３０は、弾性部材２２を介して振動部材２０を保持している。
【００１７】
図３は、図１に示す圧電振動子１０を示す断面図である。図３に示すように、圧電振動子１０は、圧電体７０、上部電極７２および下部電極７４を有している。圧電体７０は、上部電極７２および下部電極７４に挟まれている。また、圧電体７０は、その厚さ方向（図３中上下方向）に分極している。圧電振動子１０は、振動部材２０の一面と水平な面方向において、例えば円形または楕円形を有する。
【００１８】
圧電体７０は、圧電効果を有する材料により構成され、例えば電気機械変換効率が高い材料としてジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）またはチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）等により構成される。また、圧電体７０の厚みは、１０μｍ〜１ｍｍであることが好ましい。厚みが１０μｍ未満である場合、圧電体７０は脆性材料により構成されるため、取り扱い時において破損等が生じやすい。一方、厚みが１ｍｍを超える場合、圧電体７０の電界強度が低減する。このため、エネルギー変換効率の低下を招く。
【００１９】
上部電極７２および下部電極７４は、電気伝導性を有する材料によって構成され、例えば銀または銀／パラジウム合金等によって構成される。銀は、低抵抗な汎用材料であり、製造コストや製造プロセスの観点から優位である。また、銀／パラジウム合金は、耐酸化性に優れた低抵抗材料であり、信頼性に優れる。上部電極７２および下部電極７４の厚みは、１〜５０μｍであることが好ましい。厚みが１μｍ未満の場合、均一に成形することが難しくなる。一方、５０μｍを超える場合、上部電極７２または下部電極７４が圧電体７０に対して拘束面となり、エネルギー変換効率の低下を招く。
【００２０】
発振装置１００は、制御部９０と、信号生成部９２と、を備えている。信号生成部９２は、圧電振動子１０と接続し、圧電振動子１０に入力する電気信号を生成する。制御部９０は、信号生成部９２に接続し、信号生成部９２による信号の生成を制御する。外部から入力された情報に基づいて制御部９０が信号生成部９２の信号の生成を制御することにより、発振装置１００の出力を制御することができる。この場合において、制御部９０は、複数の発振装置１００の出力を別個に制御することができる。
【００２１】
発振装置１００をパラメトリックスピーカとして使用する場合、制御部９０は信号生成部９２を介して、パラメトリックスピーカとしての変調信号を入力する。この場合、圧電振動子１０は、２０ｋＨｚ以上、例えば１００ｋＨｚの音波を信号の輸送波として用いる。
また、発振装置１００を通常のスピーカとして使用する場合には、制御部９０は信号生成部９２を介して、音声信号をそのまま圧電振動子１０へ入力してもよい。
また、発振装置１００を音波センサとして使用する場合、制御部９０に入力される信号は、音波を発振する旨の指令信号である。そして、発振装置１００を音波センサとして使用する場合、信号生成部９２は圧電振動子１０に圧電振動子１０の共振周波数の音波を発生させる。
【００２２】
図４は、図１に示す電子機器２００を示す機械回路図である。圧電振動子１０および振動部材２０は、質量ｍ１、バネ定数ｋ１、および機械損失係数Ｃ１を有している。支持枠３０は、質量ｍ２、バネ定数ｋ２、および機械損失係数Ｃ２を有している。基板４０は、質量ｍ３、バネ定数ｋ３、および機械損失係数Ｃ３を有している。弾性部材２２は、質量ｍ４、バネ定数ｋ４、および機械損失係数Ｃ４を有している。
【００２３】
振動部材が、基板に固定される支持部材に対し機械的に取り付けられている場合、基板および支持部材は、振動部材とともに機械振動要素を構成する。このため、発振装置の振動系は、基板および支持部材を含めたものとなる。従って、発振装置の発振周波数や振動振幅を決定するためには、基板や支持部材の機械的特性を考慮しなければならない。この場合、発振装置を含めた電子機器の設計は困難となる。
【００２４】
本実施形態において、振動部材２０は、弾性部材２２を介して支持枠３０に保持されている。このため、圧電振動子１０および振動部材２０からの振動は、弾性部材２２によって吸収され、支持枠３０や基板４０へ伝達されない。
このように、発振装置１００の発振周波数や振動振幅を決定するために基板４０や支持枠３０の機械的特性を含める必要がない。従って、発振装置を含めた電子機器の設計を容易とすることが可能となる。
【００２５】
次に、本実施形態の効果を説明する。複数の発振装置から複数の音波を放射する場合、隣り合う発振装置間の音波の干渉によるキャンセリングを防止するため、発振装置間を近接して配置することが必要となる場合がある。また、実装スペースの観点からも、複数の発振装置は互いに近接して配列されている方が好ましい。
しかし、複数の発振装置を有する電子機器においては、一の発振装置の振動が、振動部材を保持する支持枠等を介して他の発振装置に伝播してしまう場合がある。この場合、電子機器の音響特性は劣化してしまう。これは、特に互いに近接する発振装置間において顕著となる。
また、発振装置の振動が筐体等へ伝達されると、筐体等が共振してしまう場合がある。この場合においても、電子機器の音響特性は劣化してしまう。
【００２６】
本実施形態によれば、複数の発振装置１００を構成する各支持枠３０は、互いにゲル層３２を介して接するようにに基板４０上に設けられている。これにより、圧電振動子１０および振動部材２０から伝達される振動を支持枠３０で制振することができる。このため、一の発振装置１００の振動が他の発振装置１００に伝播してしまうことを防止することができる。また、発振装置１００から基板４０へ振動が伝達することも防止される。従って、電子機器の音響特性の劣化を抑制することができる。
【００２７】
図５は、第２の実施形態に係る電子機器２０２を示す断面図であって、第１の実施形態における図１に対応している。本実施形態に係る電子機器２０２は、ゲル層２４を備えている点を除いて、第１の実施形態に係る電子機器２００と同様の構成を有する。
【００２８】
本実施形態における発振装置１０２は、ゲル層２４を備えている。そして、振動部材２０は、ゲル層２４を介して支持枠３０に保持されている。
図５に示すように、ゲル層２４は、例えば支持枠３０に形成された凹部内を充填するように設けられている。また、ゲル層２４は、例えば振動部材２０の縁に設けられた弾性部材２２を支持枠３０に固定している。このため、振動部材２０は、ゲル層２４を介して支持枠３０に保持されることとなる。
ゲル層２４は、例えばシリコンハイドロゲル、またはポリエチレンオキシドゲル等、ゲル層３２と同様の材料を用いることができる。
【００２９】
本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、本実施形態によれば、圧電振動子１０および振動部材２０の振動をゲル層２４によって吸収することができる。このため、一の発振装置１００の振動が他の発振装置１００に伝播することを防止することができる。従って、電子機器の音響特性の劣化を抑制することが可能となる。
【００３０】
図６は、第３の実施形態に係る電子機器２０４を示す断面図であって、第１の実施形態における図１に対応している。本実施形態に係る電子機器２０４は、弾性部材２６および支持部材５０を備えている。また、電子機器２０４は、弾性部材２２を備えていない。これらの点を除いて、本実施形態に係る電子機器２０４は、第１の実施形態に係る電子機器２００と同様の構成を有する。
【００３１】
本実施形態における発振装置１０４は、弾性部材２６および支持部材５０を備えている。図６に示すように、弾性部材２６は、振動部材２０の一面とは反対の他面に設けられている。また、支持部材５０は、振動部材２０を、弾性部材２６を介して保持し、かつ支持枠３０によって保持されている。なお、弾性部材２６は、振動部材２０の一面に設けられていてもよい。
【００３２】
弾性部材２６は、例えばＰＥＴ、ウレタンまたはゴム等によって構成される。弾性部材２６は、振動部材２０の振動振幅により振幅の非線形領域に達することがないよう十分な高さを有することが好ましい。
支持部材５０は、例えば樹脂材料または金属材料等、圧電振動子１０および振動部材２０を十分に保持することができる材料を適宜選択することができる。
【００３３】
本実施形態によれば、圧電振動子１０および振動部材２０からの振動を、弾性部材２６によって吸収することができる。本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を有することができる。
【００３４】
図７は、第４の実施形態に係る電子機器２０６を示す断面図であって、第１の実施形態における図１に対応している。本実施形態に係る電子機器２０６は、弾性部材２６、支持部材５２および弾性部材２８を備えている。また、電子機器２０６は、弾性部材２２を備えていない。これらの点を除いて、本実施形態に係る電子機器２０６は、第１の実施形態に係る電子機器２００と同様の構成を有する。
【００３５】
本実施形態における電子機器２０６は、弾性部材２６、支持部材５２および弾性部材２８を備えている。図７に示すように、弾性部材２６は、振動部材２０の一面とは反対の他面に設けられている。また、支持部材５２は、振動部材２０を、弾性部材２６を介して保持し、かつ支持枠３０によって保持されている。なお、弾性部材２６は、振動部材２０の一面に設けられていてもよい。
【００３６】
弾性部材２６は、例えばＰＥＴ、ウレタンまたはゴム等によって構成される。弾性部材２６は、振動部材２０の振動振幅により振幅の非線形領域に達することがないよう十分な高さを有することが好ましい。また、支持部材５２は、例えば剛性の高い金属材料によって構成されている。
【００３７】
弾性部材２８は、支持部材５２の縁に設けられている。弾性部材２８は、例えばＰＥＴ、ウレタンまたはゴム等、弾性部材２６と同様の材料によって構成することができる。また、図７に示すように、弾性部材２８は、例えば支持枠３０に設けられた凹部内を充填するように設けられている。支持枠３０は、弾性部材２８を介して支持部材５２を保持している。
【００３８】
図８は、図７に示す電子機器２０６を示す機械回路図である。圧電振動子１０および振動部材２０は、質量ｍ１、バネ定数ｋ１、および機械損失係数Ｃ１を有している。支持枠３０は、質量ｍ２、バネ定数ｋ２、および機械損失係数Ｃ２を有している。基板４０は、質量ｍ３、バネ定数ｋ３、および機械損失係数Ｃ３を有している。弾性部材２６は、質量ｍ４、バネ定数ｋ４、および機械損失係数Ｃ４を有している。支持部材５２は、質量ｍ５、バネ定数ｋ５、および機械損失係数Ｃ５を有している。弾性部材２８は、質量ｍ６、バネ定数ｋ６、および機械損失係数Ｃ６を有している。
【００３９】
本実施形態において、振動部材２０は、弾性部材２６を介して支持部材５２によって保持されている。このため、振動部材２０に発生する振動は、弾性部材２６によって吸収されたうえで、支持部材５２によって遮蔽される。また、振動部材２０に発生する振動は、弾性部材２８によってさらに吸収される。
このように、振動部材２０に発生する振動は、支持枠３０や基板４０へ伝達されない。このため、発振装置の設計を容易とすることができる。
【００４０】
本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４１】
（付記）
圧電振動子と、
一面において前記圧電振動子を拘束する振動部材と、
前記振動部材の前記一面、または前記一面とは反対の他面に設けられた第１弾性部材と、
前記振動部材を、前記第１弾性部材を介して保持する支持部材と、
前記支持部材の縁に設けられた第２弾性部材と、
前記第２弾性部材を介して前記支持部材を保持する支持枠と、
を備える発振装置。
【００４２】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【符号の説明】
【００４３】
１０  圧電振動子
２０  振動部材
２２  弾性部材
２４  ゲル層
２６  弾性部材
２８  弾性部材
３０  支持枠
３２  ゲル層
４０  基板
５０  支持部材
５２  支持部材
７０  圧電体
７２  上部電極
７４  下部電極
９０  制御部
９２  信号生成部
１００  発振装置
１０２  発振装置
１０４  発振装置
１０６  発振装置
２００  電子機器
２０２  電子機器
２０４  電子機器
２０６  電子機器
【図１】
2012217035.tif 000003
【図２】
2012217035.tif 000004
【図３】
2012217035.tif 000005
【図４】
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【図５】
2012217035.tif 000007
【図６】
2012217035.tif 000008
【図７】
2012217035.tif 000009
【図８】
2012217035.tif 000010