(57)【要約】【課題】携帯電話にアンテナとピエゾ素子による機能を搭載しながらも、携帯電話の小型化、軽量化、薄型化、低価格化を実現する。【解決手段】セラミック基板２０の一方の面に形成された電極１１をアンテナとして機能させ、セラミック基板２０の他方の面に形成された電極１２を、アンテナの給電用ランドとして機能させるとともに、ピエゾ素子の一方の電極として機能させ、セラミック基板２０の他方の面に形成された電極１３をピエゾ素子の他方の電極として機能させる。【選択図】図１
2013247453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電場が加えられた場合にトルクが発生する基板と、
前記基板の一方の面に形成された第１の電極と、
前記基板の他方の面にて前記第１の電極に接続されて形成された第２の電極と、
前記基板の他方の面にて前記第２の電極を取り囲むように形成され、前記第２の電極とは絶縁して接地された第３の電極と、
前記第２の電極に接続され、前記第１の電極にて受信された電波から信号を取り出す検波回路と、
前記基板に前記トルクの発生によって振動を生じさせるための駆動波形を生成し、該駆動波形を前記第２及び第３の電極に印加する波形生成器とを有する誘電体デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の誘電体デバイスにおいて、
前記第２の電極と前記検波回路との間に接続されたＨＰＦと、
前記第２及び第３の電極と前記波形生成器との間にそれぞれ接続されたＬＰＦとを有する誘電体デバイス。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の誘電体デバイスにおいて、
前記第２及び第３の電極に接続され、直流成分を除去する直流成分除去手段を有する誘電体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電体デバイスに関し、特に、アンテナとピエゾ素子を採用する機器の小型化、軽量化、薄型化及び低価格化を図る技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話においては、通信機能が加速度的に強化され、ＵＭＴＳ、ＬＴＥ、ＧＰＳ、ＷＬＡＮ、Bluetooth、ＲＦＩＤ等、多くのアンテナが搭載されるようになっている。また、携帯電話のユーザーインターフェースも進化し、携帯電話に指等で人が触れると、携帯電話内のピエゾ素子が動作し、その振動や加速度等を制御することで力感や触感を表現するHapticsと呼ばれる手法も取り入れられつつある。また、ピエゾ素子は、Haptics以外にもスピーカーやバイブレータの駆動にも用いられる。
【０００３】
図２は、ＧＰＳパッチアンテナの構成例を示す図であり、（ａ）は表面図、（ｂ）は裏面図、（ｃ）は（ａ）に示したＡ−Ａ’断面図、（ｄ）はＧＰＳパッチアンテナを用いた通信機能部分の回路構成を示す図である。
【０００４】
本例は図２に示すように、セラミック基板１２０の表面にアンテナ電極１１１が形成されるとともに、セラミック基板１２０の裏面に給電用ランド１１２とＧＮＤ用ランド１１３とが形成されたマイクロストリップアンテナである。
【０００５】
セラミック基板１２０は、厚み４ｍｍ、外形を２０ｍｍ平方形状のチタン酸バリウム等の材料を焼結してなるものであり、その中央にスルーホール１２１が形成されている。
【０００６】
給電用ランド１１２は、スルーホール１２１を介してアンテナ電極１１１と接続されている。ＧＮＤ用ランド１１３は、給電用ランド１１２を取り囲むように形成されている。
【０００７】
給電用ランド１１２及びＧＮＤ用ランド１１３は、はんだ付け等によりプリント配線板（不図示）と接続されている。
【０００８】
上記のように構成されたＧＰＳパッチアンテナ１１０は、セラミック基板１２０の持つ誘電率εｒによりＧＰＳ信号を搬送する電波の波長が短縮でき、小型化を可能としている。そして、ＧＰＳパッチアンテナ１１０のアンテナ電極１１１にて受信されたＧＰＳ電波は、給電用ランド１１２を介してＬＮＡ（Low Noise Amplifier）１３２にて増幅されて検波回路１３１に入力され、検波回路１３１において、ＧＰＳ電波から信号が取り出されることになる。なお、ＧＮＤ用ランド１１３は、プリント配線板のＧＮＤに接続される。
【０００９】
図３は、ピエゾ素子の構成例を示す図であり、（ａ）は表面図、（ｂ）は裏面図、（ｃ）は（ａ）に示したＡ−Ａ’断面図、（ｄ）はピエゾ素子を用いた回路構成を示す図である。
【００１０】
ピエゾ素子は、ピエゾ圧電効果（piezoelectric effect）と呼ばれる現象を用いた素子である。ピエゾ圧電効果とは、ある結晶に機械的圧力を加えた場合、これに比例して電荷を発生する現象であるが、この現象は可逆である。すなわち、分極方向に平行に電場を加えると、一直線に並んだ電気双極子に回転力が生じ、これにより単結晶中に長さの変化が生じ、結果として強いトルクを発生する。素材としては、チタン酸・ジルコン酸・鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）０３）等が用いられる。
【００１１】
本例は図３に示すように、セラミック基板２２０の表面に１つの電極２１１が形成されるとともに、セラミック基板２２０の裏面に２つの電極２１２，２１３が形成されて構成されている。
【００１２】
セラミック基板２２０は、便宜上、図２に示したＧＰＳパッチアンテナ１１０のセラミック基板１２０と同サイズとした。実際は、所望の変異量や直線トルク等に応じて圧電材料特性からサイズが決まることとなる。また、セラミック基板２２０の素材は、図２に示したＧＰＳパッチアンテナ１１０のセラミック基板１２０と同様にチタン酸バリウムを用いるものとする。また、図２に示したＧＰＳパッチアンテナ１１０のセラミック基板１２０と同様に、その中央にスルーホール２２１が形成されている。
【００１３】
セラミック基板２２０の裏面に形成された２つの電極２１２，２１３は、電極２１３が電極２１２を取り囲むように形成されており、電極２１２が、スルーホール２２１を介して電極２１１と接続されている。また、これら２つの電極２１２，２１３は、は、はんだ付け等によりプリント配線板（不図示）と接続されている。
【００１４】
上記のように構成されたピエゾ素子２００は、波形生成器２４１によって、電極２１２，２１３に電圧（例えば、１００〜１５０Ｖ程度）が印加されることによりピエゾ圧電効果が発生し、厚み方向に変位が発生する。この電圧波形を制御することで所望の振動パターンを得ることができる。
【００１５】
上述したようなアンテナやピエゾ素子の追加は、ますます携帯電話の小型化、軽量化、薄型化、低価格化を困難としつつあり、増え続けるピエゾ素子やアンテナによって、抜本的な解決策が無いまま、携帯電話等の携帯端末が大きく、重く、厚く、高コストになり続けているのが現状である。
【００１６】
ここで、アンテナ上にピエゾ素子を搭載する技術が、例えば、特許文献１〜３に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００７−１１０３３１号公報
【特許文献２】特開２００８−３５４２４号公報
【特許文献３】特開２００８−５４１４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、特許文献１〜３に開示された技術は、アンテナのアダプティブ化に関するものであり、携帯電話の小型化、軽量化、薄型化、低価格化を実現することは困難である。
【００１９】
本発明は、上述したような技術が有する問題点に鑑みてなされたものであって、携帯電話にアンテナとピエゾ素子による機能を搭載しながらも、携帯電話の小型化、軽量化、薄型化、低価格化を実現することができる誘電体デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するために本発明は、
電場が加えられた場合にトルクが発生する基板と、
前記基板の一方の面に形成された第１の電極と、
前記基板の他方の面にて前記第１の電極に接続されて形成された第２の電極と、
前記基板の他方の面にて前記第２の電極を取り囲むように形成され、前記第２の電極とは絶縁して接地された第３の電極と、
前記第２の電極に接続され、前記第１の電極にて受信された電波から信号を取り出す検波回路と、
前記基板に前記トルクの発生によって振動を生じさせるための駆動波形を生成し、該駆動波形を前記第２及び第３の電極に印加する波形生成器とを有する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、アンテナの利用周波数と、ピエゾ素子の周波数範囲が大きく異なることを利用して、基板とこの基板に形成された第１、第２及び第３の電極とによって、アンテナとピエゾ素子とを共有化した構成としたため、携帯電話にアンテナとピエゾ素子による機能を搭載しながらも、携帯電話の小型化、軽量化、薄型化、低価格化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の誘電体デバイスの実施の一形態を示す図であり、（ａ）は表面図、（ｂ）は裏面図、（ｃ）は（ａ）に示したＡ−Ａ’断面図、（ｄ）はその回路構成を示す図である。
【図２】ＧＰＳパッチアンテナの構成例を示す図であり、（ａ）は表面図、（ｂ）は裏面図、（ｃ）は（ａ）に示したＡ−Ａ’断面図、（ｄ）はＧＰＳパッチアンテナを用いた通信機能部分の回路構成を示す図である。
【図３】ピエゾ素子の構成例を示す図であり、（ａ）は表面図、（ｂ）は裏面図、（ｃ）は（ａ）に示したＡ−Ａ’断面図、（ｄ）はピエゾ素子を用いた回路構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２４】
図１は、本発明の誘電体デバイスの実施の一形態を示す図であり、（ａ）は表面図、（ｂ）は裏面図、（ｃ）は（ａ）に示したＡ−Ａ’断面図、（ｄ）はその回路構成を示す図である。
【００２５】
本形態は図１に示すように、セラミック基板２０の表面に第１の電極１１が形成されるとともに、セラミック基板２０の裏面に、第２の電極１２及び第３の電極１３が形成され、ＧＰＳパッチアンテナとピエゾ素子とを共有化したものである。
【００２６】
セラミック基板２０は、図２及び図３に示したものと同様に、厚み４ｍｍ、外形を２０ｍｍ平方形状のチタン酸バリウム等の材料を焼結して構成され、電場が加えられた場合にトルクが発生するものであり、その中央にスルーホール２１が形成されている。
【００２７】
電極１２は、ＧＰＳパッチアンテナの給電用ランド及びピエゾ素子を構成する一方の電極となるものであって、スルーホール２１を介して電極１１と接続されている。電極１３は、ＧＰＳパッチアンテナのＧＮＤ用ランド及びピエゾ素子を構成する他方の電極となるものであって、電極１２を取り囲むように、電極１２とは絶縁されて形成されている。
【００２８】
電極１２，１３は、それぞれ、はんだ付け等によりプリント配線板（不図示）と接続されている。
【００２９】
また、回路構成は、ＧＰＳ周波数（約１．５ＧＨｚ）とピエゾ駆動波形（ＤＣ〜数百ｋＨｚ）の周波数とが大きく異なることを利用し、ＬＰＦ（Low Pass Filter）４２，４３と、ＨＰＦ（High Pass Filter）３３，４４とを用いて各々の周波数を分離することにより、ＧＰＳとピエゾを同時に使用することを可能とする。また、ピエゾ駆動には一定期間直流電圧がかかるため、回路素子の破損やＧＮＤへのショートを防ぐことを目的とし、直流成分除去手段としてＤＣカット用のコンデンサを適正容量（ＧＰＳの場合は１００ｐＦ前後）で挿入している。具体的には、ＧＰＳパッチアンテナとして機能する部分として、電極１２と、電極１１にて受信されたＧＰＳ電波から信号を取り出すための検波回路３１との間に、コンデンサ３４、ＨＰＦ３３及びＩＮＡ３２が直列に接続されている。また、ピエゾ素子として機能する部分として、セラミック基板２０にトルクの発生によって振動を生じさせるための駆動波形を生成し、この駆動波形に応じた電圧を電極１２，１３に印加する波形生成器４１が、２つの電極１２，１３間に接続されるとともに、この波形生成器４１と電極１２，１３との間にそれぞれＬＰＦ４２，４３が接続されている。また、電極１３と接地間にＨＰＦ４４及びコンデンサ４５が直列に接続されている。なお、実際の素子の素材、構成、形状は、ＧＰＳの放射効率・放射パターンや、ピエゾの駆動特性等を考慮し、最適化されることとなる。
【００３０】
上記のように構成された誘電体デバイスにおいては、ＧＰＳアンテナとなる電極１１にて受信されたＧＰＳ電波がスルーホール２１を介して電極１２に伝達されると、このＧＰＳ電波はコンデンサ３４にてＤＣ成分が除去され、ＬＮＡ３２にて増幅されて検波回路３１に入力される。そして、検波回路３１において、ＧＰＳ電波から信号が取り出される。この際、ＧＰＳ電波は、波形生成器４１にて生成されるピエゾ駆動波形のＤＣ〜数百ｋＨｚに対して約１．５ＧＨｚとかなり高いものであり、ＬＰＦ４２にて遮断される。
【００３１】
また、波形生成器４１において、ピエゾ駆動波形が生成され、このピエゾ駆動波形による電圧が電極１２，１３に印加されると、セラミック基板２０に電場が加えられてピエゾ圧電効果が生じ、セラミック基板２０の厚み方向に変位が発生することで、ピエゾ駆動波形に応じた振動が生じる。この際、波形生成器４１にて生成されたピエゾ駆動波形は、電極１１にて受信されるＧＰＳ電波の約１．５ＧＨｚに対してＤＣ〜数百ｋＨｚとかなり低いものであり、ＨＰＦ３３によって遮断され、検波回路３１には入力されない。
【００３２】
携帯電話においてHapticsを実現するための駆動デバイスは、バイブレータやピエゾ素子を用いることが多いが、上述したように、アンテナの利用周波数とピエゾ素子の周波数範囲とが大きく異なることを利用して、誘電体を用いたアンテナとピエゾ素子とを共有化することにより、携帯電話にアンテナとピエゾ素子による機能を搭載しながらも、携帯電話の小型化、軽量化、薄型化、低価格化を実現することができる。また、本形態に示したＧＰＳパッチアンテナだけではなく、あらゆる誘電体を使用したアンテナに応用することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１１，１２，１３    電極
２０    セラミック基板
２１    スルーホール
３１    検波回路
３２    ＩＮＡ
３３，４４    ＨＰＦ
３４，４５    コンデンサ
４１    波形生成器
４２，４３    ＬＰＦ
【図１】
2013247453.tif 000003
【図２】
2013247453.tif 000004
【図３】
2013247453.tif 000005