JPH01305799A - セラミツク圧電トランスデユーサ及びこれを用いたトランシーバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、マイクロフォン、スピーカ、又はマイクロフ
ォン兼用スピーカに係わり、さらに詳しくは、セラミッ
ク圧電体を用いた上記トランスデユーサの改良に関する
。

〔従来の技術〕

本発明の筆頭発明者は、既に「圧電セラミック・トラン
スデユーサ」と題する出願（特開昭５７−８０８９８号
公報）を始めとする多数の出願によって、従来のバイモ
ルフ構造に代わる湾曲形状のトランスデユーサを提案し
、構造の簡単さにもとづく低コスト化、金属板と貼り合
わせないことによる優れた音響特性による有位性を強調
して来た。

一方、これら先願の湾曲形状トランスデユーサは、湾曲
変形の曲率を一定の範囲に納める加工技術の難しさによ
る歩溜りの悪さ、及び完成したトランスデユーサが球殻
状のセラミック薄板だけで構成されているので、金属補
強板を有するバイモルフ構造と較べて機械的に弱いこと
が欠点であった。

なお、スピーカとしての音響出力はバイモルフ形より格
段に大きく、このため、小形機器用スピーカとして電子
回路に直結できてトランスを要しないが、この特徴は従
来は特に重視されないで来た等の問題があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

この発明は、従来の電磁スピーカ及びトランス入力の圧
電スピーカが持っていた電池の消耗が激しく、マイクロ
フォンとして用いると低感度になるという欠点を解決し
、さらには、従来の湾曲形スピーカでは機械的強度が弱
く、マイクロフォンとして用いると電気雑音に弱いとい
う欠点を解決し、以て性能及び実用性に優れた電池駆動
の小形電気音響変換素子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〕

電磁スピーカは直流抵抗が小さいので電池の消耗が激し
いこと、セラミックスピーカは動作電圧が高いから電池
駆動し難いので、トランスで昇圧すると、電池の消耗が
激しくなるという問題点は湾曲形トランスデユーサで解
決し、性能上の利点も多く見出された。残された課題は
、機械的強度と電気雑音を遮断する方法であった。湾曲
形トランスデユーサにはＰｂ　（ＺｒＴｉ）Ｏｘ系圧電
セラミックが用いられるが、この材料は強誘電性を有す
るので、強磁性体が磁化できるのと同様に、分極するこ
とができて圧電性を示すことは良く知られている。これ
と同様に、強弾性を有するので、応力を印加して安定な
変形状態を作ることができる。例えば、半径Ｒ＝２００
■會程度の球面に湾曲すると、その変形は安定に保持さ
れる。一方、ブリキなどの金属板をプレス成形しても、
Ｒ＝２００ｕ程度の安定な球面は容易に加工できる。こ
れら両方の湾曲板を貝殻のように凸レンズ状に組み合わ
せて接合部を接着固定し、金属板とセラミック板の片面
の電極とを電気的に短絡して接地電位に保ち、他の電極
にオーディオ電気信号を印加すると、高効率のスピーカ
として機能する。この場合、スピーカは一種のコンデン
サーであるから、直流電流は流れず、電源と接続したま
までも、オーディオ信号で変調されない限り、電力消費
がないから、オーディオ機器にスピーカを接続しスイッ
チを切り忘れた状態でも電池は消耗しない。金属板は音
響反射板であり、セラミックとの凸レンズ状密閉空間に
低インピーダンスゾーンを形成し、トランスデユーサの
音響インピーダンスを低下させ、スピーカとしての駆動
電圧が低くなり、口径の割には強力な音響出力が得られ
、しかも、外界に対しては凸球面が音響出力放射面とし
て作用するので、無指向性の優れたスピーカを構成する
。そればかりではなく、金属板は音響放射面として直接
機器の外部へ出せるので、外力に対して振動板を保護す
ることができる。この点では、従来スピーカは音響放射
面がコーン紙であるため、メツシュ等で保１Ｗはしてい
たが、風雨に暴すことはできず、小形機器では一般に国
体に内蔵させねばならなかった。反響板は単に機械的保
護板の役目を果たすだけではない。外部に向かって凸球
面を形成し、音響放射面として作用すると共に、集音面
でもあり、マイクロフォンとしての音響入力面となるが
、この場合、入力面が接地されて電気的雑音はすべて遮
断されるので、マイクロフォンとしては大口径であって
音響インピーダンスが低いにもかかわらず、電気的イン
ピーダンスを高く保つことができ、マイクとして高電圧
信号が出力できて理想的な性能を示す。

〔実施例〕

第１図は本発明に係るセラミック圧電トランスデユーサ
の一実施例を示す構造説明図である。

この実施例は、電池駆動の超薄型でしかも大出力である
ことが特徴である。すなわち、第１図において、その典
型例として、圧電セラミック湾曲板１は、Ｐ　ｂ　（Ｚ
　ｒ　　Ｔ　ｉ）　０３系固溶体を素材とした厚さＱ、
１ｍｍ、直径４０■■の円板状に焼結され、その両主面
に例えば銀焼付電極２及び３などが施され、これら電極
２，３を介して分極処理することにより、圧電性が賦与
されたものであり、曲率半径Ｒ−２５０ｎ田程度の球面
状に形成された湾曲板である。これに対して、予め直径
５　Ｑ＋ｎ。

厚さ０．５　Ｉｎの防錆処理を行った鉄板を曲率半径Ｒ
＝２００　ａｍ程度の箔状にプレス成型して反響板４を
形成し、鍋と蓋の要領で圧電セラミック湾曲板１と反響
板４とを重ね、これらの接合部を接着剤５で固定した。

このとき、圧電セラミック湾曲板１の内面電極３は導電
手段８によって反響板４と接続した。圧電セラミック湾
曲板１の外側電極２にはリード線６を半田付けして電気
信号入出力手段とし、一方、反古板４にはリード線７を
接続して接地した。

このようにして完成したセラミック圧電トランスデユー
サのリード線６をラジオなどのスピーカ用端子に接続し
て駆動電圧を供給すると、明瞭な声が指向性なく、−様
に開かれる高性能のスピーカとして機能した。また、こ
のスピーカの前で話すと、リード線６に高いレベルの音
声電気信号が得られ、高性能のマイクロフォンとして機
能した。

第２図は本発明に係るセラミック圧電トランスデユーサ
の他の実施例を示す構造説明図である。

同図において、まず、圧電セラミック湾曲板ｌの内面電
極３にリード線６を半田付した後、この圧電セラミック
湾曲板１をサンクションカップの曲率半径Ｒ−２，００
ｍｍの凹球面に吸着させ、この球面を保持したまま箔状
のブリキからなる反響板４を重ね、圧電セラミック湾曲
板１の周辺を反響板４に瞬間接着剤５で仮固定しておき
、凸面側の電極２の周辺と反響板４のブリキとを半田付
けで固定する。そして、反響板４にリード線７を半田付
して接地端子とした。

この実施例の第１図に示した実施例との違いは、圧電セ
ラミック湾曲板ｌの凸面側の電極２を反響板４と半田付
して接地電位にしたことである。したがって、このトラ
ンスデユーサの内面電極３は反響板４と凸面側電極２の
接地面で完全にシールドされているので、電気的雑音が
遮断される構成となっている。このトランスデユーサは
、スピーカとしては第１図に示したトランスデユーサと
同じであるが、マイクロフォンとしては、ノイズに極め
て強いので、Ｓ／Ｎ比の高い増幅が可能となり、したが
って、素晴らしく高感度にすることができ、理想的トラ
ンスデユーサとして実用上の利点は大きい。

次に、第１図及び第２図に例示した構成の本発明になる
セラミック圧電トランスデユーサを電池駆動のエレクト
ロニク・マイクロ・デバイスに応用した例を第３図、第
４図を用いて説明する。

前述の口径４０ｍｍのセラミック圧電トランスデユーサ
を従来のスピーカの消費電流と比較してみた。従来の電
磁式薄形の口径４０龍のスピーカではオーディオインピ
ーダンスが８Ω程度であり、実効値２ボルトのオーディ
オ信号を印加すると、２５０ｍＡの電流が流れてしまう
。これに対し、前述の本発明の実施例になる口径４　Ｑ
　ａｍのスピーカはオーディオインピーダンスが１００
０程度であり、前記オーディオ信号を印加すると、約１
０ｍＡ強の電流しか流れず、しかも音響出力効率が高い
ので、電磁スピーカと比較して極端に見劣りはしない程
度の音量が得られる。

第３図は第１図に示したセラミック圧電トランスデユー
サを搭載したＩＣＲＥＣＯＲＤＥＲである。ＩＣＲＥＣ
ＯＲＤＥＲとは、テープの替わりに、ＩＣメモリを用い
た録音機であり、１チヤンネル当たり２０秒程度のセン
テンスを録音し、チャンネルをランダムアクセスして所
望のセンテンスを何度でも再生することができる。もち
ろん、不要のセンテンスをチャンネル単位で消去し、再
録音することができる。

第３図において、セラミック圧電トランスデユーサ２１
での反響板の凸面状外表にはカラー塗装が施され、この
セラミック圧電トランスデユーサ２１をＩＣＲＥＣＯＲ
ＤＥＲのプラスチック枠にアルミニウムのカラーシート
を上貼りした５４■−×８５ｍｓＸ５ｍｍ厚さの筺体２
０に接着固定した。以下、第１図、第２図を参照して、
反響板４はこのアルミニウムシートを介して回路基板の
接地端子と接続され（したがって、第１図、第２図の接
地線７はアルミニウムシートとなる）、電極２のリード
線６が回路基板の入出力端子に接続されてＩＣＩ？ＥＣ
０ＲＤＥＲが構成された。

筺体２０の裏側のスライド式電池ケースにリチ’７ム電
池ＣＲ２０３２（直径２０順、３Ｖ）２個をセットしく
図示せず）、電源スィッチ２２をＣＨｌ側にスライドす
ると動作状態になる。録音スイッチＲＥＣ２４を押しな
がらトランスデユーサ２１に口を近づけて話すと、２０
秒間ＣＨＩの録音が継続する。ＣＨＩに録音が終了する
と、ＰＬＡＹスイッチを押すことによって何時でもＣＨ
ｌの内容が再生できる。次に、スイッチ２２をＣＨ２に
スライドして、ＣＨＩの場合同様に、ＣＨ２に録音し、
さらにスイッチ２２をＣＨ３にスライドしてＣＨ３に録
音した。録音が終了すればスイッチ２２をＯｆｆの位置
にもどして電源を切るが、再生する場合には、再生した
いチャンネルの位置にスライドして、ＰＬＡＹスイッチ
を押せば何時でも再生できる。

このＩＣＲＥＣＯＲＤＥＲは、電池の消耗が少ないので
、リチウムボタン電池で長時間作動させることのできる
のが特徴である。

第４図に上記本発明のセラミック圧電トランスデユーサ
の特徴を生かした別の応用例としてカードトランシーバ
−を示している。トランシーバ−であるから、相互送受
信を行うため、２個以上のトランシーバ−が１組として
使用される。トランシーバ−は常時携行せねばならない
性格上できる限り薄いことと、常時スタンバイ状態に保
つため電池の消耗の少ないことが不可欠であり、この二
つのニーズは従来の電磁トランシーバ−では実現できず
、クリスタルマイクとイヤホーンを用いざるを得なかっ
た。マイクロフォンは問題ないとして、イヤホーンを常
時具に装着しているのは不自由であり、快適なものでは
ない。この問題点を解決したのが、第１図、第２図に示
した本発明のセラミック圧電トランスデユーサであり、
ここでは、第２図に示したセラミック圧電トランスデユ
ーサを用いるものとする。

第４図において、セラミック圧電トランスデユーサ３１
を５４１ＩＸ８５鶴×４■ｌ厚の筐体３０の外側に接着
固定した。ＩＣＲＥＣＯＲＤＥＲと同様に、筺体３０の
裏面のスライド式電池ケースにリチウム電池ＣＲ２０３
２を２個セットすると使用可能な状態となる。この状態
で、まず、強度テストのため、厚さ３０ｍの樫仮に上方
８０ａｌの位置から自然落下させて衝撃による圧電セラ
ミック湾曲板の破損耐力を１０回以上繰り返し、どのよ
うな姿勢で落下しても割れないことを確認し、強度テス
トに合格した。

１組のかかるカードトランシーバ−２個とも電源スィッ
チ３２をオンにする。このとき、両者が共通の固有チャ
ンネル周波数にセットされていればランプ３３が点灯す
る。このランプ３３が点灯しなければ、裏側の周′波数
調整用ネジをスクリュードライバーで微調整して点灯さ
せ、スタンバイ状態におくことができる。送信側でＴＡ
ＬＫスイッチ３５を押しながら話すと、相手側のトラン
シーバ−のトランスデユーサ３１から話者の声が明瞭に
聞こえる。相互に話をする場合には、トランスデユーサ
３１がマイク／スピーカとして機能するので、通常のト
ランシーバ−と同様に使用すればよい、ただし、高感度
、高Ｓ／Ｎであるから、−々口や耳に近づける必要はな
（、顔から２０１程度離して保持したまま通信すれば、
良好な通話状態が得られて使い勝手が良い。

送話者がＴＡＬＫスイッチ３５を押したとき、受信者が
電池スイッチをオフにしたままでスタンドバイ状態にな
っていないときは、受信側トランシーバ−のスピーカか
らアラーム音が鳴り響き、これと同時に同信号を発信す
るので、送信側のスピーカもアラーム音を発する。受信
側トランシーバ−の電源スィッチ３２が投入されるまで
このアラーム状態は続くが、電源スィッチ３２がオンさ
れれば双方のアラーム音は消えて交信可能状態となる。

このように、トランスデユーサは常時電圧が印加された
ままの状態になっており、電源とトランスデユーサの間
のゲートが固有周波数で共振し、この共振周波数で高電
位と接地電位間を振動して矩形波形のアラーム信号を発
生する仕組になっているため、トランスデユーサには常
時電源電圧が印加されてはいるが電池の消耗は無いので
、理想的トランスデユーサとして利用できる。

〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明では、部分球殻状に形成さ
れた圧電セラミックからなる湾曲板を湾曲変形さ杵た反
響板と凸レンズ状に重ねて固定する構成をとったから、
反響板が保護板の役目を果たして機械的に外力に対して
保護され強化されると共に、スピーカとしてのオーディ
オインピーダンスが低下することにより電気音響変換効
率を著しく高め、しかも、音響放射板として作用して無
指向性効果を発揮し、さらに、セラミックへ水。

ガス等が直接影響するのを防いで密閉スピーカ／マイク
ロフォンとして機能し、反響板はカラー化、デザイン化
して機器の化粧板の役目をも果たすことになる。また、
反響板を接地電位に保てば、これによる電磁シールド効
果のため、マイクロフォンとして大口径で高Ｓ／Ｎとな
り、高感度性が優れる。このため、トランシーバ−を構
成すると、カード状の超薄形にできるし、電磁形に比し
て消費電流が極めて少ないため、ボタン電池で長時間作
動させることができ、しかも、電池と接続したままでも
電力消費のない理想的なトランスデユーサとなる。電磁
トランスデユーサと比較してこのように優れているだけ
ではなく、他のセラミックトランスデユーサ、例えばバ
イモルフ型とくらべても高感度のため、トランス結合を
する必要がなく、したがって、電流消費ことに直流電流
を遮断し、マイクロフォンを兼用させた場合、トランス
レスのため高電圧出力が得られるなど数々の優れた効果
を有し、ことにトランシーバ−への応用は理想適性であ
ると言える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るセラミック圧電トランスデユーサ
の一実施例を示す構造説明図、第２図は本発明に係るセ
ラミック圧電トランスデユーサの他の実施例を示す構造
説明図、第３図は本発明によるセラミック圧電トランス
デユーサの一応用例としてのＩＣＲＥＣＯＲＤＥＲを示
す正面図、第４図は同じく別の応用例としてのカードト
ランシーバ−の−例を示す正面図である。 ｌ−〜−−−−−圧電セラミック湾曲板、２−・−・−
外面電極、３−−−−−−−・内面電極、４−−−−−
−−一反響板、５−・−・−接着剤、６・−−−−−−
一人出力リード線、７・−−一−−・・接地線、８・・
−・・接地短絡線、１）・−−−−一・・半田、２０−
−−−−−一本体ケース、２１−・−−−−−トランス
デユーサ、２２−・−チャンネルスイッチ、２３−−−
−−−−一再生スイッチ、２４・−・曲録音スイッチ、
３０−−−−−−−一本体、３１−・・−トランスデユ
ーサ、３２−−−−−−一・電源スィッチ、３３−−−
−−・・−同調ランプ、３４−−−−−−一音量ボリュ
ーム、３５−・・・・・通話スイッチ。 嬶や 第ダ ん愛 第１図 第２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）表裏両面の電極を介して分極され、部分球殻状に
   形成された湾曲変形が保存されて強弾性を有する圧電セ
   ラミックからなる湾曲板を、湾曲形成された反響板と重
   ねて固定することにより凸レンズ形状に構成したことを
   特徴とするセラミック圧電トランスデユーサ。
2. （２）特許請求の範囲第（１）項記載の反響板に金属板
   を用いて前記圧電セラミックの湾曲板を機械的，音響的
   に保護すると共に、圧電セラミック板の片面の電極と共
   に接地電位に保つことにより電気的雑音に対しても保護
   したことを特徴とするセラミック圧電トランスデューサ
   。
3. （３）特許請求の範囲第（１）項または第（２）項記載
   の圧電トランスデューサをスピーカ又はマイクロフォン
   或いはマイクロフォン／スピーカとして用いたことを特
   徴とする送受話装置。