JPH0743016U

JPH0743016U - 圧電型スピーカ

Info

Publication number: JPH0743016U
Application number: JP7517393U
Authority: JP
Inventors: 藤弘明伊
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1993-12-29
Filing date: 1993-12-29
Publication date: 1995-08-11

Abstract

(57)【要約】【目的】圧電スピーカの音響変換効率を向上させる。【構成】圧電型スピーカ２４は、平板状の基板（例え
ば、ベークライト製）２６に振動板としての可撓圧電性
フィルム２８を湾曲させてかつその湾曲方向に複数並べ
た状態に配列して接着剤等により固定して構成されてい
る。また、各湾曲している可撓圧電性フィルム２８の各
湾曲方向の中央部において、可撓圧電性フィルム２８と
基板２６との間に基板２６の面に略々垂直に圧電セラミ
ック板２９が接着剤等により固定されている。圧電セラ
ミック板２９と可撓圧電性フィルム２８は、それぞれ面
方向に伸縮するように振動モードが設定されており、同
一の信号源４２により圧電セラミック板２９と可撓圧電
性フィルム２８とは、伸縮動作を互いに逆にして駆動さ
れる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、圧電素子を用いた圧電型スピーカに関し、音響変換効率を向上させたものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来の圧電型スピーカとして図２に示す構造のものがあった。この圧電型スピーカ１０は、金属板に圧電セラミックを貼り合わせた圧電振動子１２を枠体１４に固定支持し、圧電振動子１２の前方にコーン状に湾曲した振動板１６をその周縁部を枠体１４に支持した状態に配置し、振動板１６の中心部を圧電振動子１２の中央部に連結したものである。圧電振動子１２に信号を印加すると、この圧電振動子１２の中央部が上下に変位し、この変位が振動板１６に伝達されて、振動板１６の表面から音が放射される。

【０００３】また、従来の別の圧電型スピーカを図３に示す。この圧電型スピーカ１８は、枠体２０に高分子圧電性フィルムからなる振動板２２を湾曲させた状態に支持したものである。振動板２２に信号を印加すると、この振動板２２は面方向に伸縮し、この面方向の伸縮が面に垂直な変位を生じさせ、これにより振動板２２の表面から音が放射される。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

前記従来の圧電型スピーカによれば、振動板１６，２２の変位量が小さく、音響変換効率が低かった。このため、実用的音圧を得るためには、スピーカの面積が大きくなっていた。

【０００５】この考案は、前記従来の技術における問題点を解決して、振動板の変位量を大きくし、これにより音響変換効率を高めて、スピーカ面積の小型化を可能にした圧電型スピーカを提供しようとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

請求項１記載の考案は、基板上に可撓圧電性フィルムを湾曲させた状態で固定した構造を当該可撓圧電性フィルムの湾曲方向に複数並べて配置し、かつこれら各可撓圧電性フィルムの湾曲方向略々中央部において当該可撓圧電性フィルムと前記基板との間に当該基板の面に略々垂直な方向の振動モードを有する圧電セラミックを連結してなり、前記圧電セラミックが伸びる方向に動作する時前記可撓圧電性フィルムが縮む方向に動作し、前記圧電セラミックが縮む方向に動作する時前記可撓圧電性フィルムが伸びる方向に動作するようにこれら圧電セラミックおよび可撓圧電性フィルムが共通の信号源で駆動されることを特徴とするものである。

【０００７】請求項２記載の考案は、前記基板が面方向の振動モードを有する圧電セラミック製の基板で構成され、当該圧電セラミック基板は、前記可撓圧電性フィルムが縮む方向に動作する時伸びる方向に動作し、前記可撓圧電性フィルムが伸びる方向に動作する時縮む方向に動作するように当該可撓圧電性フィルムおよび前記圧電セラミックと共通の信号源で駆動されることを特徴とするものである。

【０００８】なお、この考案で可撓圧電性フィルムとは、高分子圧電性フィルムや複合圧電性フィルム等の可撓性を有する圧電性フィルムを総称するものである。複合圧電性フィルムは、高分子材の中に圧電セラミックを分散させたフィルムであり、高分子材にはゴム系、プラスチック系等がある。

【０００９】

【作用】

請求項１記載の考案によれば、圧電セラミックと可撓圧電性フィルムを互いに伸縮動作を逆にして駆動するようにしたので、圧電セラミックが可撓圧電性フィルムの変位量を増大させるように作用し、これにより音響変換効率を増大させることができ、スピーカ面積の小型化が可能となる。

【００１０】また、湾曲した可撓圧電性フィルムをその湾曲方向に複数並べて配置したので、低音域では可撓圧電性フィルムの動作が隣接する可撓圧電性フィルムで挾まれた空間の空気を呼吸するように作用し、十分な低音が得られる。また、個々の可撓圧電性フィルムは面積が小さくてすむため、分割振動を起こしにくくなる。

【００１１】また、請求項２記載の考案によれば、さらに基板を圧電セラミックで構成し、可撓圧電性フィルムと伸縮方向を互いに逆にして駆動するようにしたので、可撓圧電性フィルムの変位量をさらに増大させることができ、音響変換効率がさらに増大するとともに、呼吸動作が増大してさらに十分な低音を得ることができる。

【００１２】

【実施例】

この考案の一実施例を図１に示す。この圧電型スピーカ２４は、平板状の基板（例えば、ベークライト製）２６に、振動板としての可撓圧電性フィルム２８を湾曲させてかつその湾曲方向に複数並べた状態に配列して接着剤等により固定して構成されている。また、各湾曲している可撓圧電性フィルム２８の各湾曲方向の中央部において、可撓圧電性フィルム２８と基板２６との間に基板２６の面に略々垂直に圧電セラミック板２９が電気絶縁性接着剤４１（図４）により固定されている。そして、可撓圧電性フィルム２８の表面から音が放射される。基板２６はその振動方向（可撓圧電性フィルム２８の配列方向）と直角な方向に対向して配された支持部材１１，１３の溝１１ａ，１３ａに制動材１５を介して支持されており、可撓圧電性フィルム２８の配列方向に振動自在に支持されている。

【００１３】圧電セラミック板２９は、図４に断面図を示すように、圧電セラミック素子２７の左右両面に電極膜３０，３２を成膜して構成されている。圧電セラミック素子２７はその面方向に振動するように分極されている。可撓圧電性フィルム２８は、図４に示すように、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニリデンサイアナイトなどの高分子圧電性フィルムや複合圧電性フィルム等で構成されるフィルム本体３４の上下両面に金属を蒸着して電極膜３６，３８を成膜して構成されている。フィルム本体３４はその面方向に振動するように分極されている。可撓圧電性フィルム２８は、１枚の可撓圧電性フィルムを所定幅ずつ折り曲げて、折り曲げた区間ごとに湾曲させて、折り曲げた箇所２８ａをエポキシ系等の電気絶縁性接着剤４０で基板２６の表面に接着することにより、基板２６上に固定されている。この場合、図１（ｂ）に示すように、可撓圧電性フィルム２８の湾曲した部分の長さＬ₁は、その部分の圧電セラミック板２６の長さＬ₂の１．２５倍以上に設定するのが十分な呼吸作用を得るうえで望ましい。また、可撓圧電性フィルム２８の湾曲とその下の圧電セラミック板２６との間の空間２７には必要に応じて（湾曲の程度等に応じて）発泡ウレタンやグラスウール等の制動材を充填する。

【００１４】なお、図１では基板２６および可撓圧電性フィルム２８はそれぞれ１枚の板およびフィルムで構成したが、各湾曲を１つの単位として基板２６および可撓圧電性フィルム２８の両方または一方を分離構成したものを並べて配置して相互に連結して構成することもできる。

【００１５】圧電セラミック板２９の電極３０，３２間および可撓圧電性フィルム２８の電極３６，３８間には、同一の信号源４２から駆動信号を印加する。この場合、圧電セラミック板２６、可撓圧電性フィルム２８の分極方向に応じて、これらの伸縮動作が互いに逆方向になるように極性を考慮して駆動信号を印加する。また、図４に示すようにトランス４３，４５を介して印加することもできる。

【００１６】このようにして駆動した場合の圧電型スピーカ２４の動作を図５に示す。図５（ａ）は圧電セラミック板２９が伸長し、可撓圧電性フィルム２８が収縮した時の動作である。このとき、可撓圧電性フィルム２８は、圧電セラミック板２９の伸長動作により、基板２６との接合点２８ａおよび圧電セラミック板２９との接合点２８ｂの間の部分２８ｃの湾曲が戻される方向に動作するとともに、可撓圧電性フィルム２８自身の収縮動作により、この部分２８ｃの湾曲がさらに戻される方向に動作する。図５（ｂ）は、圧電セラミック板２９が収縮し、可撓圧電性フィルム２８が伸長した時の動作である。このとき、可撓圧電性フィルム２８は、圧電セラミック板２９の収縮動作により、基板２６との接合点２８ａおよび圧電セラミック板２９との接合点２８ｂの間の部分２８ｃの湾曲がより湾曲される方向に動作するとともに、可撓圧電性フィルム２８自身の伸長動作により、この部分２８ｃの湾曲がさらに湾曲される方向に動作する。

【００１７】このように、可撓圧電性フィルム２８自身による変位と圧電セラミック２９の動作による変位が加重されるので、振動板としての可撓圧電性フィルム２８の変位量が大きくなり、音響変換効率が増大する。また、図５に斜線で示すように、各湾曲部に挾まれた空間４４の空気が上記動作によって呼吸するように作用するので、低音での音圧を確保することができる。

【００１８】（実験例１）基板としてベークライト板を用意し、また圧電セラミック板（長さ５０mm×幅２０mm×厚さ１．５mm）を１０枚用意し、そのうち５枚を用い、可撓圧電性フィルムとして高分子圧電性フィルムである呉羽化学工業株式会社ＫＦピエゾフィルム（長さ５０mm×幅６０mm×厚さ０．０３mm。以下、単に「ピエゾフィルム」という。）を振動板として用い、図６に示すようなこの考案による圧電スピーカを作成した。圧電セラミック板と基板との接合、基板とピエゾフィルムとの接合および圧電セラミック板とピエゾフィルムとの接合にはエポキシ系接着剤を用いた。比較のためにピエゾフィルムの代わりに同寸法のポリプロヒレン（ＰＰ）フィルムを用いて残りの５枚の圧電セラミック板に同様の方法で接合した圧電スピーカも作成した。発音実験した結果を下表に示す（出力音圧レベルは、０．５Ｗの信号を加えて、０．５ｍ離れたスピーカ軸上の位置で測定した結果である。）。

【００１９】構造接続出力音圧レベル圧電セラミック板＋ピエゾフィルム同相９０dB 〃逆相９５dB 圧電セラミック板＋ＰＰフィルム − ８５dB これによれば、圧電セラミックに高分子フィルムを振動板として組み合わせる場合、圧電効果を持ったフィルムを用いるほうが電気音響変換効率が向上することがわかった。また、圧電セラミックに圧電効果を持ったフィルムを振動板として組合わせる場合、同相接続よりも逆相接続で駆動（つまり、圧電セラミックと圧電フィルムの伸縮動作を互いに逆に駆動）したほうが電気音響変換効率がさらに向上することがわかった。

【００２０】（実験例２）実施例１で作成したこの考案の発音体（図６）と比較のため、図７のような発音体を作成した。図７の発音体は、実験例１で用いた圧電セラミック板（長さ５０mm×幅２０mm×厚さ１．５mm）を５枚幅方向に並べて連結し、その幅方向全体に１枚のピエゾフィルムを湾曲させて取り付けたものである。

【００２１】各発音体全体のサイズを比較すると、図６の発音体：長さ５０mm×幅５０mm×高さ２５mm 図７の発音体：長さ５０mm×幅１００mm×高さ２５mm となる。つまり、図６のこの考案の発音体のほうが小さい（半分の体積）。しかし、振動板となるピエゾフィルムの面積としては、図６の発音体：５０mm×６０mm×５枚＝１５０００mm² 図７の発音体：５０mm×１２０mm＝６０００mm² となる。すなわち、２倍以上の振動板面積が、半分の体積内にコンパクトに畳み込まれている。発音実験した結果を下表に示す（音圧レベルは０．５Ｗの信号を加えて、０．５ｍ離れたスピーカ軸上で測定した結果である。）。

【００２２】構造接続出力音圧レベル図６のもの逆相接続９５dB 図７のもの〃８３dB これによれば、振動板面積比以上に出力音圧レベルに差が生じることがわかった。これは、図６の本考案のものが振動板間に挾まれた空気を呼吸（圧縮、膨張）するように動作するのに対し、図７のものでは単に空気を押すのみの動作であることに起因しているものと考えられる。

【００２３】次に、図６、図７の各周波数特性を測定したところ、図８のようになり、図６のこの考案のものの方が、再生帯域、音圧ともにすぐれていることがわかった。

【００２４】

【他の実施例】

この考案の他の実施例を図９に示す。この圧電型スピーカ５６は、平板状の圧電セラミック基板５８に振動板としての可撓圧電性フィルム２８を湾曲させてかつその湾曲方向に複数並べた状態に配列して接着剤等により固定して構成されている。また、各湾曲している可撓圧電性フィルム２８の各湾曲方向の中央部において、可撓圧電性フィルム２８とセラミック基板２６との間に圧電セラミック基板５８の面に略々垂直に圧電セラミック板２９が電気絶縁性接着剤４１により固定されている。そして、可撓圧電性フィルム２８の表面から音が放射される。圧電セラミック板２９は図１と同様な支持構造により可撓圧電性フィルム２８の配列方向に振動自在に支持されている。

【００２５】圧電セラミック基板５８は図９（ｂ）に断面図を示すように、圧電セラミック素子５０の上下両面に電極膜５２，５４を成膜して構成されている。電極膜５２上に絶縁膜を形成し、その上に圧電セラミック板２９および可撓圧電性フィルム２８を接着剤で固定することもできる。圧電セラミック素子５０はその面方向に振動するように分極されている。圧電セラミック板２９は、図９（ｂ）に示すように、圧電セラミック素子２７の左右両面に電極膜３０，３２を成膜して構成されている。圧電セラミック素子２７はその面方向に振動するように分極されている。可撓圧電性フィルム２８は、図９（ｂ）に示すように、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニリデンサイアナイトなどの高分子圧電性フィルムや複合圧電性フィルム等で構成されるフィルム本体３４の上下両面に金属を蒸着して電極膜３６，３８を成膜して構成されている。フィルム本体３４はその面方向に振動するように分極されている。

【００２６】圧電セラミック基板５８の電極５２，５４間、圧電セラミック板２９の電極３０，３２間および可撓圧電性フィルム２８の電極３６，３８間には、図９（ｂ）に示すように、同一の信号源４２から駆動信号を印加する。この場合、圧電セラミック板２６と可撓圧電性フィルム２８の分極方向および圧電セラミック基板５８と可撓圧電性フィルム２８の分極方向に応じて、これらの伸縮方向がそれぞれ互いに逆方向になるように極性を考慮して駆動電圧を印加する。

【００２７】このようにして駆動した場合の圧電型スピーカ５６の動作を図１０に示す。図１０（ａ）は圧電セラミック板５６および圧電セラミック基板５８が伸長し、可撓圧電性フィルム２８が収縮した時の動作である。このとき、可撓圧電性フィルム２８は、圧電セラミック板２９の伸長動作により、圧電セラミック基板５６との接合点２８ａおよび圧電セラミック板２９との接合点２８ｂの間の部分２８ｃの湾曲が戻される方向に動作するとともに、可撓圧電性フィルム２８自身の収縮動作により、この部分２８ｃの湾曲がさらに戻される方向に動作し、さらには圧電セラミック基板５８の伸長動作によりこの部分２８ｃの湾曲がさらに戻される方向に動作する。図１０（ｂ）は、圧電セラミック板２９および圧電セラミック基板５８が収縮し、可撓圧電性フィルム２８が伸長した時の動作である。このとき、可撓圧電性フィルム２８は、圧電セラミック板２９の収縮動作により、セラミック基板５６との接合点２８ａおよび圧電セラミック板２９との接合点２８ｂの間の部分２８ｃの湾曲がより湾曲される方向に動作するとともに、可撓圧電性フィルム２８自身の伸長動作により、この部分２８ｃの湾曲がさらに湾曲される方向に動作する。

【００２８】このように、可撓圧電性フィルム２８自身による変位と圧電セラミック板２９および圧電セラミック基板５８の動作による変位が加重されるので、振動板としての可撓圧電性フィルム２８の変位量が大きくなり、音響変換効率が向上する。また、図１０に斜線で示すように、各湾曲部に挾まれた空間４４の空気が上下動作によって呼吸するように作用するので、低音での音圧を確保することができる。

【００２９】

【考案の効果】

以上説明したように、請求項１記載の考案によれば、圧電セラミックと可撓圧電性フィルムを互いに伸縮動作を逆にして駆動するようにしたので、圧電セラミックが可撓圧電性フィルムの変位量を増大させるように作用し、これにより音響変換効率を増大させることができ、スピーカ面積の小型化が可能となる。また、湾曲した可撓圧電性フィルムをその湾曲方向に複数並べて配置したので、低音域では可撓圧電性フィルムの動作が隣接する可撓圧電性フィルムで挾まれた空間の空気を呼吸するように作用し、十分な低音が得られる。また、個々の可撓圧電性フィルムは面積が小さくてすむため、分割振動を起こしにくくなる。

【００３０】また、請求項２記載の考案によれば、さらに基板を圧電セラミックで構成し、可撓圧電性フィルムと伸縮方向を互いに逆にして駆動するようにしたので、可撓圧電性フィルムの変位量をさらに増大させることができ、音響変換効率がさらに増大するとともに、呼吸動作が増大してさらに十分な低音を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の一実施例を示す斜視図およびＡ矢
視図である。

【図２】従来装置を示す断面側面図である。

【図３】従来装置を示す断面側面図である。

【図４】図１の圧電型スピーカの一部拡大断面図であ
る。

【図５】図１の圧電型スピーカの動作を示す図であ
る。

【図６】実験で用いたこの考案の圧電型スピーカを示
す斜視図である。

【図７】この考案の圧電型スピーカとの比較に用いた
圧電発音体の構成を示す斜視図である。

【図８】図６のこの考案の圧電型スピーカと図７の圧
電発音体の周波数特性図である。

【図９】この考案の他の実施例を示す斜視図および一
部拡大図である。

【図１０】図９の圧電型スピーカの動作を示す図であ
る。

【符号の説明】

２４，５６圧電型スピーカ２６基板２８可撓圧電性フィルム２９圧電セラミック板（圧電セラミック）４２信号源５８圧電セラミック基板（基板）

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】基板上に可撓圧電性フィルムを湾曲させた
状態で固定した構造を当該可撓圧電性フィルムの湾曲方
向に複数並べて配置し、かつこれら各可撓圧電性フィル
ムの湾曲方向略々中央部において当該可撓圧電性フィル
ムと前記基板との間に当該基板の面に略々垂直な方向の
振動モードを有する圧電セラミックを連結してなり、前記圧電セラミックが伸びる方向に動作する時前記可撓
圧電性フィルムが縮む方向に動作し、前記圧電セラミッ
クが縮む方向に動作する時前記可撓圧電性フィルムが伸
びる方向に動作するようにこれら圧電セラミックおよび
可撓圧電性フィルムが共通の信号源で駆動されることを
特徴とする圧電型スピーカ。
【請求項２】前記基板が面方向の振動モードを有する圧
電セラミック製の基板で構成され、当該圧電セラミック基板は、前記可撓圧電性フィルムが
縮む方向に動作する時伸びる方向に動作し、前記可撓圧
電性フィルムが伸びる方向に動作する時縮む方向に動作
するように当該可撓圧電性フィルムおよび前記圧電セラ
ミックと共通の信号源で駆動されることを特徴とする請
求項１記載の圧電型スピーカ。