JP6282825B2

JP6282825B2 - 電子機器

Info

Publication number: JP6282825B2
Application number: JP2013182415A
Authority: JP
Inventors: 渡部　貴昭; 貴昭渡部
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2013-09-03
Filing date: 2013-09-03
Publication date: 2018-02-21
Anticipated expiration: 2033-09-03
Also published as: JP2015050703A; WO2015033548A1; US20160198268A1; US9848267B2

Description

本発明は、筐体に保持された振動体を人間の耳に押し当てることで、振動体の振動に基づく音をユーザに伝える電子機器に関するものである。

特許文献１には、携帯電話などの電子機器として、気導音と骨導音とを利用者（ユーザ）に伝えるものが記載されている。また、特許文献１には、気導音とは、物体の振動に起因する空気の振動が外耳道を通って鼓膜に伝わり、鼓膜が振動することによって利用者の聴覚神経に伝わる音であることが記載されている。また、特許文献１には、骨導音とは、振動する物体に接触する利用者の体の一部（例えば外耳の軟骨）を介して利用者の聴覚神経に伝わる音であることが記載されている。

特許文献１に記載された電話機では、圧電バイモルフ及び可撓性物質からなる短形板状の振動体が、筐体の外面に弾性部材を介して取り付けられる旨が記載されている。また、特許文献１には、この振動体の圧電バイモルフに電圧が印加されると、圧電材料が長手方向に伸縮することにより振動体が屈曲振動し、利用者が耳介に振動体を接触させると、気導音と骨導音とが利用者に伝えられることが記載されている。

特開２００５−３４８１９３号公報

ところで、特許文献１に記載のように、気導音と外耳の軟骨を介しての骨導音とを利用者に伝える電子機器では、筺体と振動板であるパネルとを両面テープにより接合する構成は採用されていないため、筺体と振動板であるパネルとを両面テープにより接合した電子機器における種々の課題については何ら検討されていない。

本発明の電子機器は、パネルと、パネルを保持するとともに、リブを備えた筐体と、筺体に配置された送話口を備えたマイクと、パネルに取り付けられる長尺状の圧電素子を備えた圧電素子部と、を有し、前記圧電素子が長手方向に沿って振動することにより前記パネルが振動する電子機器において、
前記パネルは前記筺体に接着され、
前記筺体内において前記リブは、前記圧電素子部が配置された空間と、前記マイクの送話口が配置された空間とを区分けしている。

本発明によれば、良好に機能する振動体を有した電子機器を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る電子機器の要部の機能ブロックを示す図である。パネルの好適な形状を示す図である。第１の実施形態に係る電子機器の実装構造の要部を概略的に示す図である。第１の実施形態に係る電子機器のパネルの振動の一例を示す図である。第１の実施形態に係る電子機器のパネルの周波数特性図である。第１の実施形態に係る電子機器の歪み率を示す図である。

以降、諸図面を参照しながら、本発明の実施態様を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電子機器１の要部の機能ブロックを示す図である。電子機器１は、例えば携帯電話であって、無線通信部５と、パネル１０と、表示部２０と、圧電素子３０と、入力部４０と、制御部５０と、を備える。無線通信部５は、公知の構成からなり、基地局等を介して通信ネットワークに無線接続される。

パネル１０は、振動板を構成するもので、接触を検出するタッチパネルが付随していてもよく、または表示部２０を保護するカバーパネル等であってもよい。パネル１０は、例えばガラス、またはアクリル等の合成樹脂により形成される。パネル１０の形状は板状であるとよい。パネル１０は、平板であってもよいし、表面が滑らかに傾斜する曲面パネルであってもよい。パネル１０は、タッチパネルである場合、利用者の指、ペン、又はスタイラスペン等の接触を検出する。タッチパネルの検出方式は、静電容量方式、抵抗膜方式、表面弾性波方式（又は超音波方式）、赤外線方式、電磁誘導方式、及び荷重検出方式等の任意の方式を用いることができる。

図３に示すように、表示部２０は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、又は無機ＥＬディスプレイ等の表示デバイスである。表示部２０は、パネル１０の背面側に設けられる。例えば、表示部２０は、パネル１０と離間して、電子機器１の筐体６０或いは筺体内部に配置された回路基板上に支持される。

圧電素子３０は、電気信号（電圧）を印加することで、構成材料の電気機械結合係数に従い伸縮または湾曲する素子である。これらの素子は、例えばセラミック製や水晶からなるものが用いられる。圧電素子３０は、ユニモルフ、バイモルフまたは積層型圧電素子であってよい。積層型圧電素子には、バイモルフを積層した（例えば１６層から７２層、積層した）積層型バイモルフ素子が含まれる。積層型の圧電素子は、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）からなる複数の誘電体層と、該複数の誘電体層間に配置された電極層との積層構造体から構成される。ユニモルフは、電気信号（電圧）が印加されると伸縮し、バイモルフは、電気信号（電圧）が印加されると湾曲する。

圧電素子３０は、パネル１０の背面（電子機器１の内部側の面）に配置される。圧電素子３０は、接合部材（例えば両面テープ７０）によりパネル１０に取り付けられる。圧電素子３０は、中間部材（例えば板金）を介してパネル１０に取り付けられてもよい。圧電素子３０は、パネル１０の背面に配置された状態で、筺体６０の内部側の表面と所定の距離だけ離間している。圧電素子３０は、伸縮または湾曲した状態でも、筺体６０の内部側の表面と所定の距離だけ離間しているとよい。すなわち、圧電素子３０と筺体６０の内部側の面との間の距離は、圧電素子３０の最大変形量よりも大きいとよい。

入力部４０は、利用者からの操作入力を受け付けるものであり、例えば、操作ボタン（操作キー）から構成される。なお、パネル１０がタッチパネルである場合には、パネル１０も利用者からの接触を検出することにより、利用者からの操作入力を受け付けることができる。

制御部５０は、電子機器１を制御するプロセッサである。制御部５０は、圧電素子３０に所定の電気信号（音響信号に応じた電圧）を印加する。制御部５０が圧電素子３０に対して印加する電圧は、例えば、±１５Ｖp-pであってよい。これにより、利用者が例えば３Ｎ以上の力（５Ｎ〜１０Ｎの力）で自身の体にパネル１０を押し付けた場合であっても、パネル１０に十分な振動を発生させ、利用者の体の一部を介する人体振動音を発生させることができる。尚、どの程度の印加電圧を用いるかは、パネル１０の筺体または支持部材に対する固定強度もしくは圧電素子３０の性能に応じて適宜調整可能である。

制御部５０が圧電素子３０に電気信号を印加すると、圧電素子３０は長手方向に伸縮または湾曲する。このとき、圧電素子３０が取り付けられたパネル１０は、圧電素子３０の伸縮または湾曲にあわせて変形し、パネル１０が振動する。このため、パネル１０は、気導音を発生させるとともに、利用者が体の一部（例えば外耳の軟骨）を接触させた場合、体の一部を介する人体振動音を発生させる。例えば、制御部５０は、例えば通話相手の音声に係る音声信号に応じた電気信号を圧電素子３０に印加させ、その音声信号に対応する気導音及び人体振動音を発生させることができる。音響信号は、着信メロディ、または音楽を含む楽曲等に係るものであってもよい。なお、電気信号にかかる音響信号は、電子機器１の内部メモリに記憶された音楽データに基づくものでもよいし、外部サーバ等に記憶されている音楽データがネットワークを介して再生されるものであってもよい。

パネル１０は、圧電素子３０が取り付けられた取付領域だけでなく、取付領域から離れた領域も振動する。パネル１０は、振動する領域において、当該パネル１０の主面と交差する方向に振動する箇所を複数有し、当該複数の箇所の各々において、振動の振幅の値が、時間とともにプラスからマイナスに、あるいはその逆に変化する。パネル１０は、ある瞬間において、振動の振幅が相対的に大きい部分と振動の振幅が相対的に小さい部分とがパネル１０の略全体に一見ランダムに分布した振動をする。即ちパネル１０全域にわたって、複数の波の振動が検出される。

尚、このように、圧電素子３０自体をパネル１０に対して貼りつけている場合、圧電素子３０の湾曲がそのままパネルの湾曲１０と対応して変形することから、圧電素子を振り子のようにして当該振り子の支持部分から間接的にパネルに対して振動を伝達させる圧電アクチュエータのような加振方法と異なり、振動が減衰しにくいという利点がある。即ち、圧電素子の長辺方向において該圧電素子の直上がその周囲と比較して最も高く***するように、圧電素子によってパネル１０が曲げられる。これにより、パネル１０に接触している人体の接触部位が振動して音を伝える。このため、パネルスピーカとは異なり、人体に所定以上の圧力でパネルが押圧されても、振動が減衰しにくく、振動による音の伝達が良好に行える。従って、圧電素子３０をパネル１０に対して直接的に貼り付けることがよい。尚、ここで直接的に貼り付けるとは、圧電素子３０とパネル１０との間に両面テープやその他の補強部材としてのレニー材や、衝撃緩和のためのゴム材を介在させることを含む。

また、パネル１０は、利用者の耳とほぼ同じ大きさであってよい。また、パネル１０は、図２に示すように、利用者の耳よりも大きいものであってもよい。この場合、利用者が音を聞く際、電子機器１のパネル１０により耳全体が覆われやすいことから、周囲音（ノイズ）を外耳道に入りにくくできる。パネル１０は、対耳輪下脚（下対輪脚）から対耳珠までの間の距離に相当する長さと、耳珠から対耳輪までの間の距離に相当する幅とを有する領域よりも広い領域が振動すればよい。パネル１０は、好ましくは、耳輪における対耳輪上脚（上対輪脚）近傍の部位から耳垂までの間の距離に相当する長さと、耳珠から耳輪における対耳輪近傍の部位までの間の距離に相当する幅を有する領域が振動すればよい。上記の長さおよび幅を有する領域は、長方形状の領域であってもよいし、上記の長さを長径、上記の幅を短径とする楕円形状であってもよい。日本人の耳の平均的な大きさは、社団法人人間生活工学研究センター（ＨＱＬ）作成の日本人の人体寸法データベース（１９９２−１９９４）等を参照すれば知ることができる。尚、パネル１０が日本人の耳の平均的な大きさ以上の大きさであれば、パネル１０は概ね外国人の耳全体を覆うことができる大きさであると考えられる。

上記の電子機器１は、パネル１０の振動により、気導音と、利用者の体の一部（例えば外耳の軟骨）を介する人体振動音とを利用者に伝えることができる。そのため、従来のダイナミックレシーバと同等の音量の音を出力する場合、パネル１０が振動することで空気の振動により電子機器１の周囲へ伝わる音は、ダイナミックレシーバと比較して少ない。したがって、例えば録音されたメッセージを電車内等で聞く場合等に適している。

また、上記の電子機器１は、パネル１０の振動によって人体振動音を伝えるため、例えば利用者がイヤホンまたはヘッドホンを身につけていても、それらに電子機器１を接触させることで、利用者はイヤホンまたはヘッドホンおよび体の一部を介して音を聞くことができる。

上記の電子機器１は、パネルの振動により利用者に音を伝える。そのため、電子機器１が別途ダイナミックレシーバを備えない場合、音声伝達のための開口部（放音口）を筐体に形成する必要がなく、電子機器の防水構造が簡略化できる。尚、電子機器１がダイナミックレシーバを備える場合、放音口は、気体は通すが液体は通さない部材によって閉塞されるとよい。気体は通すが液体は通さない部材は、例えばゴアテックス（登録商標）である。
（第１の実施形態）
図３は第１の実施形態に係る電子機器１の実装構造の要部を概略的に示す図である。図３（ａ）は正面図、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるｂ−ｂ線に沿った断面図である。図３（ｃ）は図３（ａ）におけるｃ−ｃ線に沿った断面図である。図３に示す電子機器１は、パネル１０としてアクリル板或いはガラス板である保護パネルが、筐体６０（例えば金属や樹脂のケース）の前面に配された携帯電話やタブレット、スマートフォン等の電子機器である。パネル１０及び入力部４０に支持されており、表示部２０は筐体６０に配置された回路基板の上面に支持され、圧電素子３０は、両面テープ７０によりパネル１０の背面に接着されている。パネル１０、表示部２０および圧電素子３０は、それぞれ略長方形状である。

表示部２０は、パネル１０の短手方向におけるほぼ中央に配置される。圧電素子３０は、パネル１０の長手方向の一端部（上部）から所定の距離だけ離間して、当該上部の近傍に、圧電素子３０の長手方向がパネル１０の短辺に沿うように配置される。尚、圧電素子はパネルの角部に設けられてもよい。表示部２０と圧電素子３０とは、パネル１０の背面に並んで配置される。入力部４０は、パネル１０の長手方向の他端部（下部）側において、筐体６０に支持されている。また、入力部４０には、破線で示すように、マイクの送話口４１が形成されている。つまり、長方形状の筐体６０の上部側に圧電素子３０が配置され、下部側に送話口４１が形成されている。

利用者は、電子機器１により音を聞く場合、パネル１０に例えば耳を接触させる。以下、パネル１０において人体の一部（例えば耳）の接触が想定される領域を接触領域という。パネル１０は、少なくともこの接触領域が振動すればよい。接触領域は、パネル１０において圧電素子３０が搭載される搭載領域と一部が重なってもよい。接触領域は、搭載領域全体を含んでもよい。

パネル１０は、図３（ａ）に破線ハッチングで示すように、外周部が、周回する両面テープ７０を介して筐体６０に接着される。また、両面テープ７０の内側に当該両面テープ７０に沿って、パネル１０と筺体６０とを接合する接着剤７１が配置されている。これにより、両面テープ７０だけでは得られない接合強度を得ることができ、落下の際の圧電素子３０の割れなどが生じにくくなる。特に、電子機器の落下時には、パネル１０の長辺方向に沿って大きな振動が伝播しやすく、これが圧電素子３０の割れを生じさせる要因となる場合には、少なくともパネル１０の長辺方向に沿って両面テープ７０に加えて、接着剤７１を配置しておくとよい。尚、パネル１０の短辺方向には、圧電素子３０にて生じる振動を過度に抑制しないために、接着剤７１はなくともよい。尚、接着材７１の接着力がよれほど強くない場合には、パネル１０の短辺にそって設けてもよい。この場合、両面テープ７０と同様に周回させてもよい。また、両面テープ７０よりも内側に接着剤７１を設けているが、両面テープ７０を内側にしてもよい。また、電子機器に防水構造を採用したい場合には、両面テープ７０は、防水用でもよい。接着剤７１を周回させた場合は、両面テープは防水用でなくともよいが、接着剤７１の内側に配置することが望ましい。

ここで、両面テープ７０は、例えば、微小独立気泡構造を持つポリエチレンの基材の両面に、アクリル系粘着剤を積層して成る両面テープである。発泡材入りの両面テープは、例えば、ＰＥＴ基材又はポリエステル基材の両面に、アクリル系粘着剤を積層して成る両面テープである。接合部材７０は、例えば、空気中の水分（湿気）と反応して硬化する湿気硬化型弾性接着剤であってもよい。このような湿気硬化型弾性接着剤は、例えばシリル基を含む特殊ポリマーが主成分である。また、接着剤７１は、例えば紫外線硬化型アクリル樹脂である。

筺体６０には、その短手方向に沿って、パネル１０に向かって突出するリブ６１が設けられる。言い換えれば、リブ６１は、筺体６０の短手方向に延在して設けられる。リブ６１は、筺体６０内部において圧電素子３０が配置される空間と表示部２０が配置される空間とを区画するように設けられる。

そして、パネル１０は、リブ６１の全部とは接着されていない。具体的には、パネル１０は、リブ６１と対向する領域のうち、パネルの短手方向に沿った両端部が接合部材７０によりリブ６１と接着される。パネル１０は、リブ６１と対向する領域のうち、圧電素子３０が搭載される搭載領域に対して長手方向側であって表示部２０側に位置する領域では、リブ６１と接着されていない。

このように、本実施形態に係る電子機器１によれば、圧電素子３０が筐体６０の内部においてパネル１０の背面に配設され、外部に露出していないので、携帯性を向上することができる。また、パネル１０は、圧電素子３０が接着された長手方向の一端部側から中央部近傍まで十分に振動する。したがって、利用者は、パネル１０の中央部から上部の領域の少なくとも一部に、利用者の体の一部（例えば外耳の軟骨）を接触させることにより、パネル１０の振動による気導音及び振動音を聞くことができる。これにより、利用者は、電子機器１を任意の姿勢で使用でき、使い勝手を向上することができる。また、パネル１０は、下部の振動が低減されるので、音漏れも低減される。なお、圧電素子３０によるパネル１０の振動分布は、リブ６１に対するパネル１０の接着面積や接着位置によって調整することができる。したがって、パネル１０をリブ６１に全く接着しない構成も可能である。

本実施形態によれば、圧電素子３０が搭載される搭載領域に対してそれよりもパネル１０の内側(中央側)には筺体６０に接合するための両面テープ７０が設けられていない。そのため、パネル１０の長手方向における一方側の端部近傍に搭載された圧電素子３０の振動が、パネル１０の長手方向における他方側の端部に向かう際に減衰されない。

また、パネル１０と表示部２０との間には、ごみ等が入り込みにくいように、表示部２０の外周を周回する両面テープ或いは接着剤からなる防塵部材７２が配置されている。

防塵部材７２は、パネル１０と表示部２０とが離間しているために生じた両者の隙間にゴミが入らないようにするためのものである。そのため、パネル１０と表示部２０と隙間において表示部２０の外周を周回する。なお、このような防塵部材としては、従来スポンジを用いていたが、スポンジを用いた場合、音響特性として歪み率が高くなることが発明者の研究により明らかとなっており、歪み率低減のためには、スポンジではなく両面テープや接着剤を用いることが好ましい。

図４は、電子機器１のパネル１０の振動の一例を示す図である。電子機器１は、パネル１０の背面に表示部２０が部分的に(外周部だけ)接着されている。そのため、表示部２０のほぼ全面においてパネル１０に接着された場合に比較して、圧電素子３０により生じる振幅が大きくなる。

この効果について、図５、図６により説明する。図５は、音声信号の周波数と出力音圧レベルとの関係を示す周波数特性図である。出力音圧レベルは、音響測定機器（ＨＡＴＳ）の出力である。図６は、歪み率を示す図である。当該電子機器１においては、例えば周波数が１ｋＨｚにおいて９０ｄＢ超の出力を得ているにも関わらず、歪み率が５％以下に抑えられている。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各部材、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部やステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

例えば、圧電素子３０に補強部材を貼りつけた上で、当該複合体からなる圧電素子部をパネル１０に配置してもよい。これにより、例えばパネル１０に不所望な外力が加わった場合に、その外力が圧電素子３０に伝達され圧電素子３０が破損する可能性を低減することができる。

１電子機器
５無線通信部
１０パネル
２０表示部
３０圧電素子
４０入力部
４１送話口
５０制御部
６０筐体
６１リブ
７０接合部材
７１接着剤
７２防塵部材

Claims

パネルと、
前記パネルを保持するとともに、リブを備えた筐体と、
前記筺体に配置された送話口を備えたマイクと、
前記パネルに取り付けられる長尺状の圧電素子を備えた圧電素子部と、を有し、前記圧電素子が長手方向に沿って振動することにより前記パネルが振動する電子機器において、
前記パネルは前記筺体に接着され、
前記筺体内において前記リブは、前記圧電素子部が配置された空間と、前記マイクの送話口が配置された空間とを区分けしている電子機器。
前記リブは、前記圧電素子の長手方向に沿って延在されている請求項１に記載の電子機器。
前記リブは、前記圧電素子の長手方向に沿って前記パネルとは接着されていない領域を有する請求項２に記載の電子機器。
前記リブは、前記圧電素子の長手方向に沿った端部が前記パネルと接着されている請求項３に記載の電子機器。
前記圧電素子の長手方向において該圧電素子の直上がその周囲と比較して最も高く***するように、前記圧電素子によって前記パネルが曲げられ、当該パネルに接触している人体の接触部位が振動して音を伝える請求項１ないし４のいずれかに記載の電子機器。