JP6360902B2 - 電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、圧電素子を備えた電子機器に関する。

従来、携帯電話やスマートフォンと呼ばれる多機能携帯通信端末などの電子機器では、音声出力用の発音素子として圧電スピーカと呼ばれる圧電素子が用いられている。従来の電子機器では、筐体内に圧電素子を配置するとともに、筐体には音声を気導音として外部に伝えるための通音孔が設けられている。一方、近年では筐体の主面に配置されたパネルの裏面に圧電素子を付設し、パネルを振動させることにより音声を伝える技術が提案されている。このような技術は、防水性を高めるために通音孔を廃止したいという要望や、空気を媒介とした気導音だけでなく骨伝導音として音声を伝えたいという要望や、パネル振動を利用者の触覚として伝えるハプティクス技術を実装したいという要望等から提案されているものである。なお、ここでパネルとは表示機能は含まずタッチ機能のみを有するタッチパネルや、表示機能及びタッチ機能を有するタッチパネルのほか、液晶表示装置など別途設けられた表示装置を保護する保護パネルも含むものとする。

このような技術を採用した従来の電子機器としては特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１に記載のものは、筐体と、縁部を筐体に支持された略矩形のパネルと、パネルの裏面に付設された略直方体形状の圧電素子とを備えている。圧電素子は、長手方向がパネルの長手方向と直交する向きで付設されており、特に、圧電素子の付設位置においてパネルの振動振幅が最大となるような位置に付設されている。具体的な圧電素子の付設位置は、パネルの長手方向の一方の端部付近である。

特許第５２５５１４２号公報

しかし、上述の特許文献１に記載のものでは、圧電素子がパネルの端部付近において、該付設位置でのパネルの振動振幅が最大となるように付設されているので、結果として気導音の音圧が高いポイントがパネル端部付近のみに集中し、特に中央部付近での音圧が小さくなる。このため、電話機のように耳に当てての利用を考慮した場合、耳を正確な位置に当てないと聞き取りづらいという問題がある。また、電子機器に耳を当てるのではなく、オーディオスピーカのように耳から離れた位置で使う場合には、音質が安定しないという問題もある。さらに、ハプティクス技術として圧電素子を用いる場合、パネルの端部と中央部では振動量が大きく異なるので、利用者に提供する触感が位置によって安定しないという問題もある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、パネル全体で安定した振動を生じさせることができる電子機器を提供することにある。

上記目的を達成するために、本願発明は、パネルと、該パネルの縁部において該パネルを保持する筐体と、前記パネルの裏面側に付設された圧電素子とを備えた電子機器において、前記圧電素子は、該圧電素子の付設位置よりも前記パネルの長手方向の中央側において前記パネルの振動振幅が最大となる位置に付設され、前記圧電素子の長手方向と前記パネルの長手方向は直交し、前記圧電素子の側面であって前記パネルの振動振幅が最大となる位置とは反対側の側面と、該側面に対向する前記筐体内面との距離は、前記圧電素子の幅以下であることを特徴とする。

本発明によれば、圧電素子の付設位置よりも中央部側においてパネルの振動振幅が最大となるので、パネル全体で安定した振動を生じさせることができる。

また、本発明の好適な態様の一例としては、前記パネルの裏面であって、前記圧電素子の側面であって前記パネルの振動振幅が最大となる位置とは反対側の側面と、該側面に対向する前記筐体内面との間には、補助部材が付設されていることを特徴とするものが挙げられる。ここで、前記補助部材の一方の側面は筐体内面に当接し、前記補助部材の他方の側面は前記圧電素子と離間してもよいし、前記補助部材の他方の側面は前記圧電素子の側面に当接してもよい。

以上のように本発明によれば、圧電素子の付設位置よりも中央部側においてパネルの振動振幅が最大となるので、パネル全体で安定した振動を生じさせることができる。

第１の実施の形態に係る電子機器の概略上面図 第１の実施の形態に係る電子機器の断面図 第１の実施の形態の変形例に係る電子機器の断面図 第１の実施の形態の変形例に係る電子機器の断面図 第１の実施の形態の電子機器のパネルの振動振幅を測定したグラフ 第１の実施の形態の電子機器のパネルの振動振幅を測定したグラフ 比較対象の電子機器のパネルの振動振幅を測定したグラフ 比較対象の電子機器のパネルの振動振幅を測定したグラフ 第２の実施の形態に係る電子機器の概略上面図 第２の実施の形態に係る電子機器の断面図

（第１の実施の形態） 本発明の第１の実施の形態に係る電子機器について図面を参照して説明する。図１は電子機器の概略上面図、図２は電子機器の断面図である。本実施の形態では電子機器の一例としていわゆるスマートフォンと呼ばれる多機能携帯通信端末について説明する。

電子機器１は、図１及び図２に示すように、上面開口の薄型箱状の筐体１０と、筐体１０の上面開口を閉鎖するパネル２０と、パネル２０の裏面すなわち筐体１０の内側に付設した圧電素子３０とを備えている。

筐体１０は、底板１１と該底板の縁部を囲む枠体１２とからなる上面開口の薄型箱状をなしている。図２に示すように、枠体１２の上部内側には、パネル２０の縁部を保持する段差が形成されている。段差の深さはパネル２０の上面と枠体１２の上面が面一となるように、パネル２０の厚みと接着部材の厚みの和にほぼ等しい。

パネル２０は、接触を検出するタッチ機能のみを内蔵するタッチパネル、タッチ機能及び液晶表示機能などの表示機能を内蔵する液晶タッチパネル、或いは、タッチ機能を内蔵せず筐体１０内に配置した液晶表示装置などの表示装置を保護する保護パネルである。パネル２０は、矩形の板状部材を有しており、図２に示すように、パネル２０の縁部が筐体１０の枠体１２の段差部に接着材や両面テープなどで接着されている。パネル２０の主材料は、ガラスやアクリルなど種々のものを用いることができる。パネル２０の前面は平面であってもよく、湾曲したものであってもよい。なお、筐体１０の枠体１２上部に段差を設けることなく、図３に示すようにパネル２０の裏面縁部を筐体１０の枠体１２の上面に接着するようにしてもよいし、図４に示すようにパネル２０の周面を筐体１０の枠体１２の上部内面に接着するようにしてもよい。

圧電素子３０は、略直方体形状をなしている。圧電素子３０は、バイモルフ型、ユニモルフ型、積層型など種々のものを用いることができる。本実施の形態では、積層型圧電素子を用いた。圧電素子３０は、パネル２０を振動させて気導音により又は骨伝導音により音声を伝達する用途の他、パネル２０の振動を触覚として伝える用途として用いられる。

圧電素子３０は、パネル２０の裏面側において接着剤、両面テープなどの接着用部材（図示省略）により接着されている。圧電素子３０は、長手方向がパネル２０の長手方向と直交し、且つ、長手方向中心位置がパネル２０の短手方向中心に位置している。本発明では、圧電素子３０の一方の側面と、該側面に対向する筐体１０の内面との間隔Ｄは、圧電素子３０の幅Ｗ以下となっている。このような構成において本発明では、圧電素子３０の振動によるパネル２０表面の振動振幅が最大となる位置が、圧電素子３０の直上ではなく、圧電素子３０の付設位置よりもパネル２０の長手方向の中心方向に位置することを特徴とする。

図５及び図６に、本実施の形態に係る電子機器１のパネル２０の振動振幅を測定したグラフを示す。ここでは圧電素子３０は、幅３ｍｍ、長さ２８ｍｍ、厚み０．８ｍｍのものを用いた。圧電素子３０の側面と筐体１０の内面の距離は、圧電素子３０の幅以下である３ｍｍとした。また、パネル２０は、縦６４ｍｍ、横１３３ｍｍ、厚み０．５５ｍｍの強化ガラスを用いた。パネル２０の縁部における筐体１０との接着領域の幅は１ｍｍとした。また、図５及び図６では、それぞれ圧電素子３０に対して、５Ｖ_ｐ−ｐ、１０Ｖ_ｐ−ｐ、２０Ｖ_ｐ−ｐ、２７Ｖ_ｐ−ｐの正弦波信号を入力し、その周波数は図５のグラフでは２００Ｈｚ（音響用途）、図６のグラフでは８００Ｈｚ（パネル触感用途）とした。

図５及び図６のグラフにおいて、縦軸は振動振幅［ｃｍ］、横軸は測定位置を示す。測定位置は、パネル２０の短手方向の中心ライン上において、（ａ）圧電素子３０の直上、（ｂ）圧電素子３０の直上点より５ｍｍ中心より、（ｃ）同１０ｍｍ中心より、（ｄ）同３５ｍｍ中心より、（ｅ）パネル２０の長手方向中心位置、（ｆ）〜（ｉ）前記（ｅ）を中心として前記（ａ）〜（ｄ）と対象となる位置の計９箇所である。

比較対象として、圧電素子３０の側面と筐体１０の内面の距離が、圧電素子３０の幅より大きい５ｍｍとしたものを図７及び図８に示す。図７及び図８のグラフにおいて他の測定条件は図５及び図６と同じである。

図５及び図６に示すように、本実施の形態に係る圧電素子３０では、圧電素子３０の振動によるパネル２０表面の振動振幅が最大となる位置が、圧電素子３０の直上ではなく、圧電素子３０の付設位置よりもパネル２０の長手方向の中心方向に位置していることがわかる。ただし、図７及び図８に示すように圧電素子３０の直上において振動振幅が最大となるものと比較して、振動振幅の絶対値は小さいことがわかる。一方、本実施の形態に係る圧電素子３０では、パネル２０の振動振幅の最大値と最小値の差（パネル振動振幅）が、図７及び図８に示すものよりも小さいことがわかる。換言すれば、換言すれば、図７及び図８に示すものと同様のレベルの音圧を得るように入力信号を制御した場合、発音点がパネル２０の一部に集中するのではなく、広い範囲から発音するようになるため、パネル全体で安定した振動を生じさせることができることがわかる。

（第２の実施の形態） 本発明の第２の実施の形態に係る電子機器について図面を参照して説明する。図９は電子機器の概略上面図、図１０は電子機器の断面図である。本実施の形態に係る電子機器が第１の実施の形態と異なる点は、図９及び図１０に示すように、パネル２０の裏面に補助部材４０を設けた点にある。その他の構成については第１の実施の形態と同様なので、ここでは相違点のみを説明する。

補助部材４０は、圧電素子３０の側面と筐体１０の内面の双方に当接するように配置されている。また、補助部材４０の両端部は、圧電素子３０の短辺側に回り込んでおり、補助部材４０全体で略コ字状となっている。補助部材４０はパネル２０の裏面に接着剤などにより付設されている。補助部材４０の材質は不問である。例えば、補助部材４０としてフレキシブル基板などの印刷配線板を用い、該印刷配線板に圧電素子３０と駆動回路（図示省略）とを接続するための配線を形成しておくと好適である。

本実施の形態に係る電子機器では、パネル２０に圧電素子３０を付設する工程に先立ち、パネル２０に補助部材４０を付設する工程を実施すると好適である。これは、圧電素子３０よりも補助部材４０の方がパネル２０の端部との距離が小さいので、補助部材４０を高精度で所定位置に付設すること可能となり、これ
により圧電素子３０の付設位置も正確になるためである。上述のように本発明では圧電素子３０の筐体１０に対する位置関係が重要なので、本補助部材４０を付設することは有用である。また、補助部材４０をパネル２０の裏面に付設することにより、パネル２０の振動振幅が最大となる点を制御することが容易となる。

なお、本実施の形態では、補助部材４０の両側面は、それぞれ圧電素子３０と筐体１０の内面に接しているが、何れか一方のみが接するようにしてもよいし、何れにも接しないようにしてもよい。なお、補助部材４０が圧電素子３０と接しない場合、補助部材４０の配線を圧電素子３０と接続する際に該配線により圧電素子３０の位置が規定されるようにすると好適である。

また、本実施の形態においても、筐体１０とパネル２０の接着形態については第１の実施の形態と同様の変形を行うことができる。

以上本発明の実施の形態について詳述したが本発明はこれに限定されるものではない。上記実施の形態では、パネル２０に圧電素子３０を１つのみ付設したが、２つ以上付設するようにしてもよい。例えば、圧電素子３０を２つ付設する場合、一方の圧電素子３０は上述した位置に付設し、他方の圧電素子３０はパネル２０の中心点を基準として前記圧電素子３０と対象となる位置に付設すると好適である。

また上記実施の形態では電子機器の一例としてスマートフォンについて説明したが、タブレット端末、ノートパソコン、携帯電話、腕時計、フォトスタンド、各種機器のリモコンや操作部など種々の電子機器に本願発明を適用できる。

１…電子機器、１０…筐体、１１…底板、１２…枠体、２０…パネル、３０…圧電素子、４０…補助部材

Claims (4)

1. パネルと、該パネルの縁部において該パネルを保持する筐体と、前記パネルの裏面側に付設された圧電素子とを備えた電子機器において、
   前記圧電素子は、該圧電素子の付設位置よりも前記パネルの長手方向の中央側において前記パネルの振動振幅が最大となる位置に付設され、
   前記圧電素子の長手方向と前記パネルの長手方向は直交し、
   前記圧電素子の側面であって前記パネルの振動振幅が最大となる位置とは反対側の側面と、該側面に対向する前記筐体内面との距離は、前記圧電素子の幅以下である
   ことを特徴とする電子機器。
2. 前記パネルの裏面であって、前記圧電素子の側面であって前記パネルの振動振幅が最大となる位置とは反対側の側面と、該側面に対向する前記筐体内面との間には、補助部材が付設されている
   ことを特徴とする請求項１記載の電子機器。
3. 前記補助部材の一方の側面は筐体内面に当接し、前記補助部材の他方の側面は前記圧電素子と離間している
   ことを特徴とする請求項２記載の電子機器。
4. 前記補助部材の一方の側面は筐体内面に当接し、前記補助部材の他方の側面は前記圧電素子の側面に当接する
   ことを特徴とする請求項２記載の電子機器。