(57)【要約】【課題】電子機器に実装されたスピーカにおいて、音質の劣化を伴うことなく、スピーカの内部に侵入した水を容易に排出する。【解決手段】スマートフォン１０の筐体１２内に実装されたスピーカ２０の内部を振動板２４で仕切り、圧電素子３０がある側の第１の空間４０を密閉し、他方の第２の空間４２と筐体１２に設けられた放音孔１４を導音路２６で接続する。該導音路２６の内壁と、第２の空間４２を形成するスピーカ２０のケース２２の内壁には撥水機能を付与する。前記スピーカ２０の内部に水が入ったら、前記圧電素子３０に、２００〜４００Ｈｚの正弦波信号又は三角波信号を第１の信号として入力することで振動板２４を振動させる。すると、第２の空間内４２に侵入し振動板２４上に滞留した水が、導音路２６から排出可能な細かい液滴に分割され、液滴全体の表面積が増加するため蒸発（又は乾燥）が促進される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子機器の筐体の内部に実装されるスピーカの排水構造であって、
前記スピーカは、圧電素子が一方の主面に貼り付けられた振動板の周囲を支えるように、全体がケースで覆われており、
前記スピーカの内部は、前記振動板により、前記圧電素子が設けられた側の第１の空間が密閉され、前記圧電素子が設けられていない側の第２の空間と前記筐体の表面に設けられた放音孔の間が、導音路により接続されており、
前記第２の空間を形成するスピーカのケースの内壁と、前記導音路の内壁が撥水性を有するとともに、
前記スピーカの圧電素子は、２００〜４００Ｈｚの駆動信号の入力により、前記第２の空間に侵入した水を細かい液滴に分割することを特徴とするスピーカの排水構造。
【請求項２】
前記第２の空間を形成するスピーカのケースの内壁と、前記導音路の内壁に、撥水剤によるコーティングを施したことを特徴とする請求項１記載のスピーカの排水構造。
【請求項３】
前記第２の空間を形成するスピーカのケースの内壁と、前記導音路の内壁を、撥水性を有する材料で形成したことを特徴とする請求項１記載のスピーカの排水構造。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の排水構造を備えたスピーカの圧電素子に、２００〜４００Ｈｚの正弦波信号若しくは三角波信号を第１の信号として入力することで、前記第２の空間に侵入した水を、前記導音路を通じて外部へ排出できる細かい液滴に分割することを特徴とするスピーカの排水方法。
【請求項５】
前記第１の信号の周波数の３〜５倍の周波数を有する正弦波信号を第２の信号として、前記第１の信号とともに入力することを特徴とする請求項４記載のスピーカの排水方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話やスマートフォン，あるいは、ゲーム機などの電子機器に実装されるスピーカの排水構造及び排水方法に関するものであり、特に、圧電スピーカを利用した排水技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯機器の使用環境が広がっていく中で、機器に雨水等がかかったり、あるいは、短時間水中に没したりするような状況も想定される。そのような環境下でも、携帯機器が故障しないようにするためには、水が機器内部に入り込むことを防ぐような筐体構造にする必要がある。ただし、スピーカ（レシーバも含む。）の機能を発揮させるためには、外部に通じる穴を機器の筐体に開けることが必須である。そこで、従来は、スピーカの放音部を防水する際には、十分な大きさの防水布（例えば、Gore-Tex（登録商標）など）をスピーカと外部との間に貼り、防水布を振動させることで音を発生させていた。また、スピーカの振動板を防水のための膜と考え、そこに至る通路（導音路）の形状や水に対する親和性を制御することで、水が外部へ排出しやすくした構造もある。
【０００３】
例えば、下記特許文献１には、スピーカを覆うカバー部材の裏面のうち、スピーカの音を通す多数の放音孔が存在する領域にブラスト加工を施すことにより、水との間の界面張力を減じる所定の粗さを確保し、各々の放音孔の周囲における水との親和性を向上させることにより、放音孔に付着した水が表面張力によってそこに留まることを抑止し、放音孔が水で塞がれる事態を防止することが開示されている。また、縦に並んだ複数の放音孔を誘導溝によって連結し、放音孔に付着した水を、誘導溝を介して効果的に下方に通流させることとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１９３２９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、最近の携帯機器においては、小型化かつ高機能化が進んでおり、スピーカの実装においても、それに必要な導音路や、筐体に設ける開口を可能な限り小さくすることが求められている。そのため、防水布による防水を行うと、十分に防水布の面積がとれずに、音圧が低くなり音質が劣化してしまうという課題がある。また、前記特許文献１に記載の界面張力を減じる加工や、外部へ水を排出しやすくする構造についても、導音路が細くなれば、一度内部へ入った水は、表面張力によって簡単には外部へ排出されないという課題もある。
【０００６】
本発明は、以上のような点に着目したもので、電子機器の筐体内に実装されたスピーカにおいて、音質の劣化を伴うことなく、スピーカの内部に侵入した水を排出しやすくする排水構造及び排水方法を提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、電子機器の筐体の内部に実装されるスピーカの排水構造であって、前記スピーカは、圧電素子が一方の主面に貼り付けられた振動板の周囲を支えるように、全体がケースで覆われており、前記スピーカの内部は、前記振動板により、前記圧電素子が設けられた側の第１の空間が密閉され、前記圧電素子が設けられていない側の第２の空間と前記筐体の表面に設けられた放音孔の間が、導音路により接続されており、前記第２の空間を形成するスピーカのケースの内壁と、前記導音路の内壁が撥水性を有するとともに、前記スピーカの圧電素子は、２００〜４００Ｈｚの駆動信号の入力により、前記第２の空間に侵入した水を細かい液滴に分割することを特徴とする。
【０００８】
主要な形態の一つは、前記第２の空間を形成するスピーカのケースの内壁と、前記導音路の内壁に、撥水剤によるコーティングを施したことを特徴とする。他の形態は、前記第２の空間を形成するスピーカのケースの内壁と、前記導音路の内壁を、撥水性を有する材料で形成したことを特徴とする。
【０００９】
他の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の排水構造を備えたスピーカの圧電素子に、２００〜４００Ｈｚの正弦波信号若しくは三角波信号を第１の信号として入力することで、前記第２の空間に侵入した水を、前記導音路を通じて外部へ排出できる細かい液滴に分割することを特徴とする。主要な形態の一つは、前記第１の信号の周波数の３〜５倍の周波数を有する正弦波信号を第２の信号として、前記第１の信号とともに入力することを特徴とする。本発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電子機器の筐体内に実装されたスピーカの内部を振動板で仕切り、該振動板に貼り付けられた圧電素子がある側の第１の空間を密閉し、圧電素子がない側の第２の空間と前記筐体に設けられた放音孔を導音路で接続するとともに、該導音路の内壁と、前記第２の空間を形成するスピーカの内壁に撥水機能を付与する。そして、前記圧電素子に、２００〜４００Ｈｚの信号を入力して振動させ、前記第２の空間内に侵入した水を、前記導音路から排出可能な細かい液滴に分割することとしたので、スピーカの音質の劣化を招くことなく、内部に侵入した水を容易に排出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１のスマートフォンを示す図であり、(A)は全体の外観斜視図，(B)は前記(A)を＃Ａ−＃Ａ線に沿って切断し矢印方向に見た端面図，(C)は前記(B)の一部拡大図，(D)はスピーカの外観斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１３】
最初に、図１を参照しながら本発明の実施例１を説明する。本発明は、例えば、携帯電話やスマートフォン，あるいは、ゲーム機などの電子機器に搭載されたスピーカの内部に侵入した水の排出に関する技術である。なお、本実施例では、前記電子機器としてスマートフォンを例示して説明する。図１は、本実施例のスマートフォンを示す図であり、(A)は全体の外観斜視図，(B)は前記(A)を＃Ａ−＃Ａ線に沿って切断し矢印方向に見た端面図，(C)は前記(B)の一部拡大図，(D)はスピーカの外観斜視図である。
【００１４】
図１(A)に示すように、本実施例のスマートフォン１０は、筐体１２の表面１２Ａ側の一部に表示パネル１８を備えており、前記表面１２Ａには、内蔵したスピーカの放音孔１４や、操作用スイッチのための開口部１６が設けられている。なお、ここでは、表示パネル１８を視覚的に見る方向を表面側（ないし上側），反対方向を背面側（ないし下側）と定義して表現している。前記筐体１２の内部には、図１(B)に示すようにスピーカ２０が実装されている。なお、図１(B)では、説明を容易にするために、筐体１２内の表示パネル１８に関する部分の図示を省略し、スピーカ２０のみを示した。
【００１５】
前記スピーカ２０は、図１(C)に示すように、振動板２４の一方の主面に圧電素子３０を貼り付けた構成となっており、前記振動板２４の周囲を支えるように、全体がケース２２で覆われている。前記ケース２２の内部は、前記振動板２４によって、前記圧電素子３０が設けられた側（背面２２Ｂ側）の第１の空間４０に水が侵入しないように密閉されている。また、前記圧電素子３０を設けていない側（表面２２Ｂ側）の第２の空間４２は、導音路２６を介して、前記筐体表面１２Ａに設けられた放音孔１４に接続されている。ケース２２と導音路２６の接続部分の気密性は保たれている。本実施例では、前記導音路２６の内壁と、前記第２の空間４２を形成するスピーカケース２２の内壁は、撥水機能を有している。撥水機能は、図１(C)に示すように、例えば、テフロン（登録商標）等の撥水剤によるコーティング２８を設けるようにしてもよいし、前記導音路２６やケース２２を撥水性を有する材料で構成することで実現してもよい。
【００１６】
前記圧電素子３０としては、屈曲振動をするのであれば、どのような形状・構成であってもよいが、携帯機器では高電圧を得にくいため、通常では、圧電体層と電極層を積層した積層素子を用いる。なお、該圧電素子３０は、実装する電子機器の構造によっては、全く積層していない単板構造としてもよい。前記圧電体層の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛に添加物を加えた圧電材料が用いられるが、一般的に知られている圧電セラミックスであれば、他の材料を用いてもよい。電極層の材料としては、例えば、銀や白金など、公知の各種の電極材料が利用可能である。また、前記振動板２４についても、十分な音響特性を得るために必要な材質・構造とすればよいが、スピーカ２０の内部に水が侵入することを踏まえ、絶縁材料もしくは金属等により絶縁処理を施した材料を用いる必要がある。該振動板２４には、前記圧電素子３０が、粘着剤などにより貼り付けられる。
【００１７】
以上のような構成のスマートフォン１０において、前記筐体１２に水がかかったり、前記筐体１２が水中に没したりすると、前記放音孔１４から前記導音路２６を通って、スピーカ２０の内部空間まで水が侵入してしまう。仮に、前記放音孔１４に、主として防塵の目的でメッシュを張ったとしても、そのメッシュの目開きは、空気の流通を妨げない５０μｍ以上である必要があり、この程度の目開きでは水の侵入を防止することはできない。また、前記導音路２６の幅Ｗ（図１(D)参照）は、１ｍｍ以下、機器によって０．５ｍｍ以下となっていることが多く、単純に筐体１２の上下を逆にしても、スピーカ２０の第２の空間４２に侵入した水は容易に外部へ排出されることはない。内部に水が滞留したままの状態でスピーカ２０に音声信号を入力しても、水によって前記振動板２４の振動が阻害されて十分な音を得ることができない。
【００１８】
しかしながら、本実施例では、スピーカ２０の構造を上述した構成とし、更に、以下のような手順を踏むことで、内部の水を容易に排出することができる。そのためには、まず、スピーカ２０の圧電素子３０に、２００〜４００Ｈｚの正弦波信号又は三角波信号を第１の信号として入力する。該第１の信号の振幅は、スピーカ２０の最大定格とする。第１の信号は３秒以上入力するが、その際には、前記放音孔１４を下向きにするのが望ましい。前記第１の信号を入力することで振動板２４が振動し、前記第２の空間４２の内壁や振動板２４に滞留した水が、前記導音路２６を通過できるような細かい液滴に分割され、撥水処理を施した導音路２６を通って容易に外部へ排出される。すなわち、導音路２６の幅Ｗが１ｍｍ以下というように非常に狭い構造であっても、スピーカ２０の内部まで侵入した水を小液滴化して表面積を増やし、蒸発（ないし乾燥）しやすくして、容易に外部に排出できるようにする。
【００１９】
なお、上述した第１の信号に加え、該第１の信号の周波数の３〜５倍の周波数を持つ正弦波信号を第２の信号として加えるようにしてもよい。該第２の信号と該第１の信号を同時に加えると、水を液滴に分割する力が更に効率的に加わることとなる。また、該第２の信号は、前記振動板２４に大きな変位を与えるため、分割された液滴を効率的に移動させることができる。これらの相乗効果により、水の排出を更に容易にすることができる。
【００２０】
次に、本実施例の実験例について説明する。１８×１４ｍｍであって厚みが０．１ｍｍの振動板２４に、１６×１２ｍｍであって厚みが１８μｍの圧電体層を６層積層した圧電素子３０を貼り付けたスピーカ２０を、幅Ｗが０．５ｍｍの導音路２６で放音孔１４に接続した筐体１２を作製した。作製した筐体１２を水深１．５ｍの深さに沈め、１時間放置した。その後取り出し、外部に着いた水を布で拭き取った後、前記圧電素子３０に、下記表１に実験例１〜５として示す周波数と時間で信号を入力し、水没前と、取り出し後信号入力した後での音圧の劣化を確認した。また、周波数や時間が上述した範囲外の場合についても、比較例１〜４として音圧劣化を確認した。なお、実験例４及び５については、入力周波数の上段側が第１の信号、下段側が第２の信号を示している。表１に示すように、実験例１〜５では、音圧劣化はないか、あっても極わずかであるが、比較例１〜４では、音圧の劣化が大きくなることが確認された。
【表１】
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【００２１】
このように、実施例１によれば、スマートフォン１０の筐体１２内に実装されたスピーカ２０の内部を振動板２４で仕切り、該振動板２４に貼り付けられた圧電素子３０がある側の第１の空間４０を密閉し、圧電素子３０がない側の第２の空間４２と前記筐体１２に設けられた放音孔１４を導音路２６で接続するとともに、該導音路２６の内壁と、前記第２の空間４２を形成するスピーカ内壁に撥水機能を付与することとした。そして、前記圧電素子３０に、２００〜４００Ｈｚの正弦波又は三角波の第１の信号を入力することで振動板２４を振動させ、前記第２の空間内４２に侵入し、振動板２４上に滞留した水を、細かい液滴に分割して、液滴全体としての表面を増加させて蒸発（あるいは乾燥）させやすくしたので、スピーカ２０の音質の劣化を招くことなく、内部に侵入した水を容易に外部へ排出することが可能となる。また、必要に応じて、前記第１の信号に加え、該第１の信号の周波数の３〜５倍の周波数の正弦波の第２の信号を加えることで、振動板２４に大きな変位を与え、水の液滴化の効率を上げ、更に排水機能を向上させることができる。
【００２２】
なお、本発明は、上述した実施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内において種々変更を加えることができる。例えば、以下のものも含まれる。
(1)前記実施例で示した形状，寸法などは一例であり、必要に応じて適宜変更してよい。例えば、前記実施例１では、スピーカ２０を方形状としたが、円形としてもよい。導音路２６の幅Ｗについても、スピーカ２０が実装される電子機器の用途に応じて適宜変更可能である。
(2)上述した実験例では、圧電体層を６層積層した圧電素子３０を利用したが、その積層数も一例であり、必要に応じて適宜増減してよいし、単板構造の素子であってもよい。また、積層素子においては、バイモルフ構造としてもよいしユニモルフ構造としてもよい。
(3)前記実施例では、スピーカ２０を例に挙げて説明したが、本発明でいうスピーカは広義のスピーカを示しており、レシーバについても当然に本発明の技術が適用可能である。
(4)前記圧電素子３０を形成する材料についても、公知の各種の材料が利用可能である。
(5)前記実施例では、本発明を適用した電子機器としてスマートフォン１０を例に挙げて説明したが、これも一例であり、本発明は、携帯電話やゲーム機など、スピーカ機能を搭載した電子機器全般に適用可能である。通話用のレシーバにも、同様に適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明によれば、電子機器の筐体内に実装されたスピーカの内部を振動板で仕切り、該振動板に貼り付けられた圧電素子がある側の第１の空間を密閉し、圧電素子がない側の第２の空間と前記筐体に設けられた放音孔を導音路で接続するとともに、該導音路の内壁と、前記第２の空間を形成するスピーカの内壁に撥水機能を付与する。そして、前記圧電素子に、２００〜４００Ｈｚの信号を入力して、前記第２の空間内に侵入した水を、前記導音路から排出可能な細かい液滴に分割することで、スピーカの音質の劣化を招くことなく、内部に侵入した水を容易に排出するため、電子機器に搭載されるスピーカの防水技術として適用できる。特に、水がかかったり、水中に没したりするおそれがある携帯型電子機器に好適である。
【符号の説明】
【００２４】
１０：スマートフォン
１２：筐体
１２Ａ：表面
１２Ｂ：背面
１２Ｃ：側面
１４：放音孔
１６：開口部
１８：表示パネル
２０：スピーカ
２２：ケース
２２Ａ：上面
２２Ｂ：背面
２４：振動板
２６：導音路
２８：コーティング
３０：圧電素子
４０：第１の空間
４２：第２の空間
【図１】
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