JPS5929039B2 - 圧電スピ−カ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、バイモルフ型圧電振動子を利用した圧電ス
ピーカの改良に関し、振動子の固定部分の改良により再
生音の広帯域化を図った圧電スピーカに関する。

圧電スピーカは駆動源の圧電振動子の特性から、薄形か
つ低消費電力の特徴を有しており、近年のメロディ−や
合成音声発生用の集積回路が実用化されるに伴い、その
用途と需要が拡大されてきた。

しかし、これまで圧電スピーカは低音域の再生能率が低
く、重用的な音域幅における再生は困難であり、一部に
高音用として実用化されたにすぎない。

低音域の再生を図った従来の圧電スピーカとして、片持
ち梁構酸の圧電振動子を用いる構造のものがある。

すなわち、第１図に示す如く、圧電振動子１は矩形の金
属板２に圧電板３を貼着してあり、ケースの固定部４に
その片側を挿入固定し、他方の先端の金属板２に振動板
５の中心点を結合している。

なお、振動板５の円周端は、例えば発泡ポリウレタン６
を介してケースの開口部７に固定される。

この片持ち梁構酸は、本来的に振幅を大きくとることが
できるが、低音域における再生能率が低く実用に供し得
ないものであった。

そこで、この発明は、片持ち梁構酸の圧電振動子を用い
た圧電スピーカにおいて、特に低音域における再生能率
を向上させ、再生音の広帯域化を目的とするものである
。

本発明は、片持ち梁構酸の圧電振動子の低音域における
再生能率の向上を求めて鋭意研究したところ、従来の場
合に振動モードの振動節位置に問題があり、第１次共振
を有効に活用していないことを見出した。

すなわち、片持ち梁構酸の圧電振動子の屈曲共振周波数
（、ｆｎ）は、振動子の有効長をｌ、厚さをｔ、振動次
数により決定される定数をαｎとすると次式より得られ
る。

ｆｎｃｘ−αｎ２・ｔ／１２ ここでは、最低周波数の共振たる第１次共振（ｆｌ）が
、低音域における再生限界を決定するものであり、この
場合のα１の値は約１．９である。

従って、第１次共振の共振勢力が大きいほど、低音域に
おける再生能率が向上して広帯域化が達成される。

具体的には、振動子において振動モードの振動節位置を
越える位置の金属板面まで圧電板が複合されている必要
がある。

ところが、上述した、従来の構成のスピーカの場合、第
１次共振の振動節位置は、金属板１端を固定部４で理想
的に固定したとしても、第２図のａ図に黒丸点で示す位
置、すなわち固定端根元部にしかなく、実際には固定部
４での押圧力は有限なため、さらに固定部４内部へと振
動節位置が移動して存在し、圧電板３の複合部分が振動
節位置を離れて、第１次共振は有効に活用されていなか
った。

そこで、この発明は、振動子の固定側で、金属板を折曲
させることにより、第１次共振における振動節部を金属
板の圧電板複合部分に生じさせ、第１次共振の振動勢力
を増大させて低音域での再生能率を大きく向上させたも
のである。

すなわち、この発明は、圧電振動子の一方の金属板を折
り曲げ、折り曲げた先端部分をスピーカケース等に固定
して片持ち梁構成とし、金属板の固定しない他方の先端
部分に振動板を結合した圧電スピーカである。

この発明を第３図に基づいて詳述すると、圧電振動子１
は、Ｌ字形に一端を折り曲げた金属板２の外側表面にほ
ぼ折り曲げ点より所定の大きさの圧電板３が貼着してあ
り、金属板２の折り曲げ部分先端を固定部４に挿入して
固定する構成である。

従って、第１次共振における振動変位並びに振動節位置
は、第３図に変位を破線で、節位置を黒丸点で示すよう
に、圧電板３の貼着した金属板２部分に生じ、第１次共
振はそのすべてが金属板２の先端に結合される振動板の
駆動に有効なものとなる。

金属板２の折り曲げ部分形状は、上記の直角に折り曲げ
た場合のほか、他の適当な角度で曲げてもよく、上記の
Ｌ字形のように折り曲げ部分を平面とするほか曲面とし
ても同等の効果が得られる。

また、Ｌ字形に折り曲げてさらに、もう一度折り曲げ、
折り曲げ部分の断面がコ字形やクランク状の形状として
もよい。

振動子１の金属板２または圧電板３の形状は、短冊状を
はじめ台形等の片持ち梁構成の振動子に用いることがで
きる形状であればいずれも同等の効果が得られる。

また、圧電板は金属板の上下面に２枚接着した場合でも
同等の効果が得られる。

また、振動子１の振動先端から折り曲げ点までの圧電板
２を複合した部分を有する金属板２の長さく１１という
）と折り曲げ点から振動子１の固定部４までの折り曲げ
部の有効長さく１２という）との関係は、折り曲げ部が
わずかでも存在すると低音域の再生能率の向上が見られ
るが、折り曲げ部の有効な長さ１２を圧電板２を複合し
ている振動部分の長さ１１で除した値で０．０５以上の
関係があると、実用スピーカとして必要な低音域の音圧
レベルが得られ、ある程度ＩＪｌ！１は大きいほどその
効果が大きくなる。

次に、この発明による振動子を用いた圧電スピーカの例
を説明すると、第４図に示すような振動子１の折り曲げ
部の形状を断面Ｕ字形にし、折り曲げ部の端部を振動板
５のスピーカケースにおける支持部７に挿入して振動子
１を固定し、振動子の振動先端部に振動板を結合して、
第１図で説明した固定部４を必要としない圧電スピーカ
とすることができる。

また、第５図に示すように、折り曲げ部をＬ字形とした
振動子１の固定を上記と同様に振動板５の支持部７で行
ない、さらにスピーカをより薄形に構成するため、振動
子１の振動先端部に段部を設けて先端に振動板５を結合
させて圧電スピーカとすることができる。

この他七述したように多種の形状の折り曲げ部を有した
振動子を圧電スピーカに組入れることもできる。

次に、この発明による実施例を示しその効果を明らかに
する。

幅１５ｍｍ、厚さ０．２ ｖｔｒｔｔ、長さを適宜選定
したりん青銅板からなる金属板２に、長さ２０ｍｍ、巾
１５ｙｎｍ、厚さＱ、 ２ ｍｍのジルコン・チタン酸
鉛保圧電磁器からなる圧電板３を接着し、振動先端から
折り曲げ点までの長さ１１を２５ｍｒｆｔとし、Ｌ字形
の折り曲げ部の固定部４内の長さを５ｍｒＩＬとして折
り曲げ部の長さ１２を種々変えた振動子を作製した。

また、折り曲げ部分がなく振動子の有効長さを２５７ｆ
ｔｒＩＬとした以外はこの発明の振動子と同一 とした
従来の振動子を作製した。

これらの振動子を、スピーカケースの固定部４に５籠長
さで固定し、振動部分の先端から１ｍｍの部分に、有効
径５０ｍｍ。

厚さ１００μｍのポリイミドフィルムからなる振動板の
中心を接合し、振動板は厚さ１ｍｍの発泡ポリウレタン
を介してスピーカケースの支持部に固定して圧電スピー
カに組立てた。

この従来の圧電スピーカと、折り曲げ部分の長さを種々
変えた振動子を組入れたこの発明による圧電スピーカの
それぞれに、実効値１■の正弦波電圧を加えて振動子の
第１次共振周波数の近傍で駆動し、この場合のスピーカ
前方１０ｃ１′ＩＬの位置での音圧レベルを測定した。

その結果を、横軸に振動子の折り曲げ部分の有効長さ１
２を振動子の長さ１１で除した値を取り、縦軸に音圧を
とった第６図の図表を示す。

第６図から明らかなように、振動子に折り曲げ部分のな
いすなわち１２／１１−〇の従来の圧電スピーカの場合
は、事実上音圧が得られておらず、この発明の場合１２
／１１−０．０５以上になるとスピーカとして十分な音
圧が得られている。

すなわち、低音域での再生能率が著しく向上し、ｉｇ
２ ／ １１の値が大きくなると音圧が高くなっている
。

一方、圧電スピーカは前述したように薄形であることを
特徴としているが、１２／１１の値が０．４を超えると
、上記の実施例の場合では折り曲げ部分の有効長さが１
０ｍ１１Ｌを超えることになり、スピーカの薄形化を考
慮すると、１２／Ｉｔは０．０５〜０．４の値が好まし
い。

以上の実施例からも明らかなように、この発明による圧
電スピーカは振動子の固定側に折り曲げ部を設けること
により、低音域での再生能率が著しく向上して、実用上
必要な音域幅にわたって高い音圧レベルの再生音が得ら
れるすぐれた圧電スピーカである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の圧電スピーカの縦断面図、第２図は従来
の振動子の第１次共振の振動節位置を示す説明図、第３
図はこの発明による振動子の第１次共振の振動変位と振
動節位置を示す説明図、第４図と第５図はこの発明によ
る圧電スピーカの実施例を示す縦断面図、第６図は実施
例におけるＩＬ；ｚ／ＩＪ１と音圧との関係を示す図表
である。 図中１・・・・・・振動子、２・・・・・・金属板、３
・・・・・・圧電板、４・・・・・・固定部、５・・・
・・・振動板、６・・・・・・発泡ポリウレタン、７・
・・・・・支持部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属板に圧電板を複合した圧電振動子の一方の金属
   板を折り曲げ、折り曲げた先端部分で振動子を固定し、
   金属板のもう一方側に振動板を結合した圧電スピーカ。 ２ 金属板の折り曲げ点から固定部までの有効長さを、
   上記折り曲げ点から振動板側先端までの有効長さで除し
   た値を０．０５〜０，４とした特許請求の範囲第１項記
   載の圧電スピーカ。