CN110521218B - 压电音响部件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种即使在噪音大的场所，也能够听见多个音阶的声音的压电音响部件。压电发音元件(11)由金属制的振动板(12)以及设置于振动板(12)的至少一面上的压电元件(15)构成。振动板(12)的非固定部具有彼此相对的一对长边(13A)和长度比该长边(13A)短且彼此相对的一对短边(13B)，在一对长边(13A)中具有向相互靠近的方向凸出的一对凹部(13C)。压电元件(15)设置于振动板(12)的一对凹部(13C)之间的区域上，振动板(12)的非固定部(13)以及压电元件(15)各自的轮廓形状被设定成相对于将一对短边(13B)一分为二的第一假想线(PL1)对称且相对于将一对长边(13A)一分为二的第二假想线(PL2)对称。

Description

压电音响部件
技术领域
本发明涉及压电音响部件，所述压电音响部件的压电发音元件容纳在配备有放音孔的壳体内，所述压电音响部件能够在相当于多个音阶的量的频率范围内获得规定以上的声压。
背景技术
在日本专利第3436205号公报(专利文献1)的图7中，公开了一种将压电振动体容纳在带有放音孔的壳体中的压电音响部件，所述压电振动体是将轮廓形状为四边形的压电元件粘贴于轮廓形状为四边形的金属制的振动板上的压电振动体。该压电音响部件能够在宽的频率范围内发出声音的所谓压电扬声器。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3436205号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在专利文献1所示的压电音响部件中，尽管能够使用的频率范围宽，但声压低，存在着例如在如室外或汽车的车内等那样有噪音的地方不能被听到的情况。因此，需要能够可靠地听到多个音阶的声音的压电音响部件。
本发明的目的在于，提供一种即使在噪音大的场所也能够听到多个音阶的声音的压电音响部件。
用于解决课题的手段
本发明以如下的压电音响部件作为改进的对象，所述压电音响部件配备有压电发音元件和壳体，所述压电发音元件由金属制的振动板以及设置于振动板的至少一面上的压电元件构成，所述壳体被构成为将压电发音元件的振动板的外周部遍及全周地固定，在压电发音元件的两侧形成第一空间和第二空间，在与第一空间相对的壁部形成有1个以上的放音孔，由第一空间的容积和1个以上的放音孔构成共振器。在本发明的压电音响部件中，位于振动板的外周部的内侧的非固定部分具有彼此相对的一对长边、和长度比该长边短且彼此相对的一对短边，在一对长边中具有向相互接近的方向凸出的一对凹部。并且，压电元件设置于振动板的非固定部的一对凹部之间的区域上，振动板及压电元件各自的轮廓形状被设定为相对于将一对短边一分为二的第一假想线对称且相对于将一对长边一分为二的第二假想线对称。另外，长边的长度L1与短边的长度W1之比L1/W1被设定为落入1.25～1.75的范围。并且，共振器被构成为使得当作为输入信号而输入正弦波信号时的1次共振频率、3次共振频率、以及1次共振频率与3次共振频率之间的中间频率的声压分别在80dB以上。
特别地，共振器优选被构成为使得1次共振频率与中间频率之间的最小声压以及中间频率与3次共振频率之间的最小声压也在80dB以上。
另外，共振器也可以被构成为使得1次共振频率与3次共振频率之间的中间频率的声压在1次共振频率的声压以及3次共振频率的声压以上。
由于非固定部采用所谓矩形形状的金属制的振动板的压电音响部件与采用圆形或椭圆形等振动板的压电音响部件相比，在实际安装的情况下产生的不能使用的空间(死区)少，因此，在使用压电音响部件的产品中，预计有一定的需要。但是，在使用矩形的金属制的振动板的情况下，难以在规定的频率范围内获得大到一定程度的声压。本发明人发现，当采用在一对长边具有凹部的振动板时，获得1次共振频率的声压和3次共振频率的频率不会变得太大，而且各个共振频率中的声压没有很大差异的频率特性。另外，本发明人发现，当设置于设有规定的放音孔的共振器壳体中时，可以增大1次共振频率与3次共振频率之间的中间频率区域中的声压。基于这些认识，根据本发明，可以获得能够在跨越多个音阶的程度的频率范围内获得80dB以上的声压的压电音响部件。从而，根据本发明，利用采用了所谓矩形形状的金属制的振动板的压电发音元件，即使在噪音大的场所也能够听得见。
壳体可以具有形成与振动板的非固定部的轮廓形状相同的形状的开口部，并且具有对振动板的外周部进行固定的发音元件保持件。当采用这样的发音元件保持件时，振动板的非固定部的轮廓形状由开口部的形状来确定。从而，作为振动板的形状，可以采用矩形，可以降低振动板的加工价格。
一对短边也可以在两端部具有向相互靠近的方向倾斜的一对倾斜部。当设置这样一对倾斜部时，通过改变倾斜部的倾斜角度，可以提高频率特性的声压。
振动板的非固定部的凹部的形状可以采用各种形状。具有代表性的凹部的形状被构成为具有平行直线部和一对倾斜直线部，所述平行直线部平行于第一假想线延伸，所述一对倾斜直线部从所述平行直线部的两端部相互分离且向着长边的剩余部分延伸。在该情况下，优选地，压电元件的轮廓采用具有沿着一对凹部各自的平行直线部的一对直线部、以及弯曲部的轮廓，所述弯曲部以在与一对凹部的第二假想线延伸的方向相对的一对倾斜直线部所夹的区域内向一对短边凸出的方式弯曲。可以通过适宜地改变压电元件的弯曲曲率，调整1次共振频率与3次共振频率之间的频率差。
另外，振动板的非固定部的凹部也可以被构成为具有平行于第二假想线地延伸的平行直线部、以及一对凸状弯曲部，所述一对凸状弯曲部以从所述平行直线部的两端部相互分离且向着凹部内凸出的方式弯曲。在该情况下，优选地，压电元件的轮廓具有沿着一对凹部各自的平行直线部的一对直线部、以及弯曲部，所述弯曲部以在一对凹部的所述一对凸状弯曲部所夹的区域内向一对短边凸出的方式弯曲。在该情况下，也可以通过适宜地改变压电元件的弯曲部的弯曲曲率，调整1次共振频率与3次共振频率之间的频率差。
进而，振动板的非固定部的凹部由以向着第二假想线凸出的方式弯曲的弯曲凹部构成，压电元件的轮廓也可以具有以沿着一对所述弯曲凹部且在一对弯曲凹部所夹的区域内向一对短边凸出的方式弯曲的弯曲部。
另外，作为在作为汽车的向车内或向车外的警报来使用的情况下的实际使用条件，优选如下所述。优选地，振动板的非固定部由厚度为10μm～150μm的在铁中配合有镍的合金制板构成，压电元件具有将厚度为10μm～35μm的PZT陶瓷层叠多层而成的结构，将压电元件与振动板粘接的丙烯类粘接剂的肖氏D硬度为75～85且厚度为1μm～10μm。
进而，在从大约2kHz至大约3kHz之间获得一定程度的声压的情况下，压电音响部件具有压电发音元件和壳体，所述压电发音元件由金属制的振动板以及设置于振动板的至少一面上的压电元件构成，所述壳体被构成为将压电发音元件的振动板的外周部遍及全周地固定，并且在压电发音元件的两侧形成第一空间和第二空间，并且，在与第一空间相对的壁部形成有1个以上的放音孔，在所述压电音响部件中采用如下的结构。即，位于振动板的外周部的内侧的非固定部分具有彼此相对的一对长边和长度比该长边短且彼此相对的一对短边，在一对长边中具有向相互靠近的方向凸出的一对凹部。压电元件设置于振动板的非固定部的一对凹部之间的区域上。并且，振动板以及压电元件各自的轮廓形状被设定为相对于将一对短边一分为二的第一假想线对称且相对于将一对长边一分为二的第二假想线对称。在此基础上，长边的长度L1与短边的长度W1之比L1/W1被设定为落入1.25～1.55的范围，在振动板的非固定部的凹部的长边开口的开口部的长度L2与长边的长度L1之比L2/L1为0.4～0.6，朝向第二假想线的方向的一对凹部之间的尺寸W2与短边的长度W1之比W2/W1为0.4～0.95。在该情况下，设有1个以上放音孔的共振器的1个以上放音孔的总开口面积以及空气室容量被设定为使得当作为输入信号而输入正弦波信号时的1次共振频率、3次共振频率、以及1次共振频率与3次共振频率之间的中间频率的声压分别在80dB以上。并且，在该情况下，优选地，中间频率的声压被设定为在1次共振频率的声压以及3次共振频率的声压以上。特别地，共振器优选被构成为使得1次共振频率与中间频率之间的最小声压以及中间频率与3次共振频率之间的最小声压分别在80dB以上。在该情况下，优选地，L1/W1为1.40～1.45，L2/L1为0.45～0.55，W2/W1为0.55～0.59。
附图说明
图1(A)是本实施方式的配备有压电发音元件的压电音响部件的分解立体图，图1(B)是图1(A)的B－B线分解立体图。
图2是压电发音元件的俯视图。
图3(A)是表示已有的采用圆板状的振动板的被称作压电蜂鸣器的压电音响部件的频率特性的一个例子的图，图3(B)是表示在专利文献1中说明的那样的被称作压电扬声器的振动板呈矩形形状的压电音响部件的频率特性的一个例子的图，图3(C)是表示本实施方式的压电音响部件的频率特性的一个例子的图。
图4是表示当作为振动板采用扁圆形(圆形、椭圆形等)(A)、四边形(B)、六边形(C)、八边形(D)以及哑铃形(E)且在这些振动板的中央部配置有面积实质上相同的压电元件时，在改变纵横比的情况下的振动板的形状及振动的节点的区域、以及对1次振动频率和3次振动频率的频率进行测定的结果的图。
图5(A)至(E)是表示改变纵横比的情况下的1次振动频率、3次共振频率和中间频率的测定结果的图。
图6是表示当作为振动板采用相同纵横比的扁圆形(圆形、椭圆形等)(A)、四边形(B)、六边形(C)、八边形(D)以及哑铃形(E)时，仅由压电发音元件获得的频率特性的图。
图7(A)至(D)是表示在凹部的形状不同的情况下，在相同纵横比(1:1.3)的情况下，对1次共振频率与3次共振频率的差Δ如何变化进行确认的结果的图。
图8(A)及(B)是表示在改变压电元件的形状尺寸的情况下的压电音响部件的频率特性的变化的图。
图9是表示在与图8的情况相比增大了相同的纵横比的情况(1:1.4)下，当改变压电元件的宽度尺寸W和长度尺寸L时的频率特性的图。
图10是表示在改变共振器的放音孔的总开口面积的情况下，对频率特性如何改变进行试验的结果的一个例子的图。
图11是表示对于放音孔的总开口面积变化不大、而将放音孔的数量从1个变为5个的情况下的影响进行试验的结果的图。
图12(A)是第二个实施方式的压电音响部件的半部切断立体图，图12(B)是其分解立体图。
图13(A)是在第二个实施方式中使用的压电发音元件的俯视图，图13(B)是压电发音元件的后视图。
图14(A)是表示不使用共鸣器而由压电发音元件单体测定的声压－频率特性的图，图14(B)是表示使用共鸣器的压电音响部件的声压－频率特性的图。
图15(A)及(B)是在第二个实施方式中使用的压电发音元件的变形例的俯视图以及后视图。
图16(A)至(D)是表示以不同的振动模式振动的压电振动元件的振动状态的图。
图17(A)是表示不使用共鸣器而由压电发音元件单体测定的声压－频率特性的图，图17(B)是表示使用共鸣器的压电音响部件的声压－频率特性的图。
图18(A)及(B)是在第三个实施方式的压电声压部件中使用的压电发音元件的俯视图及后视图。
图19是表示在第三个实施方式中，L1:L2为1:0.2、1:0.3以及1:0.4，L1:W1为1:1、1.25:1、1.5:1、1.75:1以及2:1，将W2/W1在0.2～1的范围内改变的情况下的1次固有振动频率◆和3次固有振动频率■的变化的图。
图20是表示在第三个实施方式中，L1:L2为1:0.5、1:0.6以及1:0.7，L1:W1为1:1、1.25:1、1.5:1、1.75:1以及2:1，将W2/W1在0.2～1的范围内改变的情况下的1次固有振动频率◆和3次固有振动频率■的变化的图。
图21(A)至(I)是表示在第三个实施方式中，在改变L1:L2以及L1:W1的情况下的仅由压电发音元件获得的声压－频率特性的图。
图22(A)至(E)是表示在第四个实施方式中，当放音孔的厚度尺寸恒定，改变放音孔直径以及空气室容量时，对声压－频率特性如何变化进行试验的结果的图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的压电音响部件的实施方式进行说明。
[第一个实施方式]
图1(A)表示本实施方式的配备有压电发音元件的压电音响部件1的分解立体图，图1(B)是图1(A)的B－B线分解立体图。图2是压电发音元件的俯视图。另外，在本实施方式中，为了易于理解，对一部分部件的厚度尺寸进行了夸张的描绘。图1(A)及(B)中所示的压电音响部件1是为了在例如汽车内那样的噪音多的环境中以多个音阶的声音产生警报的用途而使用的压电音响部件。
压电音响部件1具有壳体6，所述壳体6在下侧壳体半部3与上侧壳体半部5之间配备有发音元件保持件9，所述发音元件保持件9具有开口部7。下侧壳体半部3由聚丙烯等绝缘树脂成一体地成形，具有长方形的底壁部31和从底壁部31的周缘部竖起的周壁部32。下侧壳体半部3具有长方形的底壁部31和从底壁部31的周缘部竖起的周壁部32。上侧壳体半部5由聚丙烯等绝缘树脂成一体地成形，具有长方形的上壁部51和从上壁部51的周缘部竖起的周壁部32。上侧壳体半部5具有长方形的上壁部51和从上壁部51的周缘部向下竖立的周壁部52。在上壁部51，在四角附近形成有4个放音孔4。
发音元件保持器9由低热膨胀的硬质的绝缘树脂、例如在聚对苯二甲酸丁二醇酯中添加玻璃等而成的绝缘树脂成一体地成形，压电发音元件11的振动板12采用粘接被固定在开口部7的周围。开口部7呈与后面将要详细说明的压电发音元件的振动板12的非固定部13的轮廓形状相同的形状。具体地，振动板12的非固定部13具有彼此相对的一对长边7A和长度比该长边7A短的彼此相对的一对短边7B，在一对长边7A中具有向相互接近的方向凸出的一对凸部7C。开口部7的轮廓形状、即振动板12的非固定部13的轮廓形状具有相对于将一对短边7B一分为二的第一假想线PL1对称且相对于将一对长边7A一分为二的第二假想线PL2对称的形状。
另外，下侧壳体半部3、发音元件保持器9和上侧壳体半部5以在周壁部32与周壁部52之间夹着发音元件保持器9的状态通过超声波焊接相互气密性地接合，完成壳体6。由此，在压电发音元件11被固定于发音元件保持器9的状态下，在壳体6的内部，在压电发音元件的两侧形成第一空间S1和第二空间S2。放音孔4与第一空间S1连通。第一空间S1构成共振器的空气室。
如图2所示，压电发音元件11由金属制的振动板12以及设置在振动板12的至少一面上的压电元件15构成。振动板12的非固定部具有彼此相对的一对长边13A和长度比该长边13A短的彼此相对的一对短边13B，在一对长边13A中具有向相互接近的方向凸出的一对凹部13C。压电元件15设置于振动板12的一对凹部13C之间的区域上，振动板12的非固定部13以及压电元件15各自的轮廓形状被设定为相对于将一对短边13B一分为二的第一假想线PL1对称且相对于将一对长边13A一分为二的第二假想线PL2对称。凹部13C的形状可以采用各种形状。本实施方式的凹部13C被构成为具有与第一假想线PL1平行地延伸的平行直线部13Ca、以及从该平行直线部13Ca的两端部相互分离且向着对应的长边13A的剩余部分延伸的一对倾斜直线部13Cb。在该情况下，压电元件15的轮廓具有沿着一对凹部13C各自的平行直线部13Ca的一对直线部15A、以及在由与一对凹部13C的第二假想线PL2延伸的方向相对的一对倾斜直线部13Cb夹着的区域内以向着一对短边13B凸出的方式弯曲的弯曲部15B。通过适宜地改变压电元件15的弯曲部15B的弯曲的曲率，可以调整1次共振频率和3次共振频率之间的频率差。
在本实施方式中，振动板12的非固定部13的形状被设定成使得所述振动板12的非固定部13的长边13A的长度L1与短边13B的长度W1之比L1/W1落入1.25～1.75的范围，设有1个以上放音孔的共振器被设定成使得当作为输入信号而输入正弦波信号时的1次共振频率与3次共振频率之间的中间频率的声压在1次共振频率的声压以及3次共振频率的声压以上。另外，如后面将要说明的那样，放音孔的数量是任意的。
[实施方式的频率特性]
图3(A)表示在已有的采用圆板状的振动板的非固定部的被称作压电蜂鸣器的压电音响部件中，当作为输入信号而输入正弦波信号时的频率特性的一个例子。如从图中看出的那样，在压电蜂鸣器中，只要在一个共振频率下声压变高即可(在该例中，为90dB以上)。与此相对，图3(B)表示在专利文献1中说明的那样的被称作压电扬声器的振动板呈矩形的压电音响部件的频率特性的一个例子。图3(C)表示本实施方式的压电音响部件的频率特性的一个例子。
如图3(B)所示，即使是采用矩形形状的振动板的非固定部的压电扬声器，也要求在很宽的频率范围内，声压几乎是平坦的(在该例子中，为70dB的声压)。如本实施方式那样，采用所谓矩形形状的金属制的振动板12的压电音响部件1，与图3(B)的压电扬声器一样，难以在规定的频率范围内获得大到一定程度的声压(在图3(C)中，频率特性曲线A是仅为压电发音元件的情况)。
本发明人发现，如本实施方式那样，当采用在振动板12的非固定部13的一对长边13A中具有凹部13C的振动板12时，获得当作为输入信号而输入正弦波信号时的1次共振频率的声压和3次共振频率的频率不会变得太大，而且各自的共振频率下的声压在80dB以上的频率特性。另外，本发明人发现，当在壳体6上设置规定的放音孔4时，可以增大当作为输入信号而输入正弦波信号时的1次共振频率与3次共振频率之间的中间频率区域中的声压(参照图3(C)的频率特性曲线B)。根据本实施方式，可以跨越多个音阶的程度的频率范围(在图3(C)的例子中，为大致1.7kHz～大致3.6kHz)获得80dB以上的声压。从而，根据本实施方式，利用采用了所谓矩形形状的金属制的振动板的压电发音元件，可以提供即使在噪音大的场所也能够听到规定的频率范围的声音的压电音响部件。
[振动板的非固定部的形状的确定]
下面说明在上述实施方式中确定振动板12的非固定部13的形状的理由。图4表示当作为振动板的非固定部采用扁圆形(圆形、椭圆形等)(A)、四边形(B)、六边形(C)、八边形(D)以及哑铃型(E)(如本实施方式那样在一对长边中具有一对凹部的形状)，并且在这些振动板的非固定部的中央部配置面积实质上相同的压电元件时，在改变纵横比(长轴或长边与短轴或短边之比)的情况下的振动板的非固定部的形状及振动的节点的区域、以及对1次共振频率和3次共振频率的频率进行测定的结果。图4的右端的列，作为参考例表示纵横比为1:1.5时的压电元件的形状。并且，图5(A)至(E)表示在改变纵横比的情况下，当作为输入信号而输出正弦波信号时的1次共振频率(◆)、3次共振频率(■)和中间频率(▲)的测定结果。另外，中间频率是与上述实施方式同样地在壳体上设置放音孔能够提高声压的频率。如比较图5(A)至(E)看出的那样，当使用在本实施方式中采用的哑铃型的振动板的非固定部时，可以增大1次共振频率和3次共振频率，并且，收窄1次共振频率与3次共振频率之差。另外，图6表示当作为振动板采用相同纵横比的扁圆形(圆形、椭圆形等)(A)、四边形(B)、六边形(C)、八边形(D)以及哑铃型(E)时，仅有压电发音元件获得的频率特性。如从图6看出的那样，在哑铃型(E)中，可以将1次共振频率与3次共振频率之差减小到最小。由此，本实施方式中采用的哑铃型(E)作为优选的振动板的非固定部的轮廓形状而被确定。
[振动板12的非固定部13的凹部的变形例]
图7(A)至(D)表示在振动板12的非固定部13的凹部的形状不同的情况下，在相同的纵横比(1:1.3)的情况下，对1次共振频率与3次共振频率之差Δ如何变化进行确认的结果。图7(A)的凹部13C是与上述实施方式相同的凹部。
图7(B)表示振动板12的非固定部13的凹部13C由以向着第二假想线凸出的方式弯曲的弯曲凹部构成，图中未示出的压电元件的轮廓具有以沿着一对弯曲凹部且在由一对弯曲凹部夹着的区域内向一对短边凸出的方式弯曲的弯曲部的情况。
图7(C)的振动板12的非固定部13的凹部13C被构成为具有与第二假想线平行地延伸的平行直线部13Ca、以及以从该平行直线部13Ca的两端部相互分离开且向凹部13C内凸出的方式弯曲的一对凸状弯曲部13b′。在该情况下，图中未示出的压电元件的轮廓也具有沿着一对凹部13C各自的平行直线部13Ca的一对直线部、以及以在由一对凹部的一对凸状弯曲部13b′夹着的区域内向一对短边凸出的方式弯曲的弯曲部。在该情况下，也可以通过适宜地改变压电元件的弯曲的曲率来调整1次共振频率与3次共振频率之间的频率差。
[压电元件的形状]
图8(A)及(B)表示在改变压电元件15的形状尺寸的情况下，当作为输入信号而输入正弦波信号时的压电音响部件的频率特性的变化。图8(A)表示当振动板12的纵横比为1:1.3，压电元件(PZT陶瓷)的宽度尺寸(沿着第二假想线PL2的方向的尺寸)恒定为13mm，而改变沿着第一假想线PL1的方向的长度尺寸(图2的弯曲部15B的突出尺寸)时的频率特性的变化，图8(B)表示在压电元件的形状为矩形形状的情况下，当振动板12的纵横比为1:1.3，压电元件(PZT陶瓷)的宽度尺寸(沿着第二假想线PL2的方向的尺寸)恒定为13mm，而改变沿着第一假想线PL1的方向的长度尺寸时的频率特性的变化。从图8(A)及(B)可以看出，沿着第一假想线PL1的方向的长度尺寸及形状对第一共振频率及第二共振频率的声压有影响。在图8(A)及(B)的下部区域，表示压电发音元件(a)至(j)的俯视图，表示出了作为各个对象的压电元件的形状。从图8(A)及(B)可以看出，尽管当将沿着第一假想线PL1的方向的长度尺寸形成得长时，1次共振频率和3次共振频率的声压上升，但是当太长时，1次共振频率的声压与3次共振频率的声压之差变得极端的大。对于这种倾向，在压电元件的沿着第一假想线PL1的方向的形状完全为矩形形状的情况(图8(B))下，这种倾向更强。如果考虑到这样的倾向来确定压电元件的形状则是理想的。
图9表示在与图8相比增大相同的纵横比的情况(1:1.4)下，当改变压电元件的宽度尺寸W2(沿着第二假想线PL2的方向的尺寸)和长度尺寸L(沿着第一假想线PL1的方向的尺寸)时，作为输入信号而输入正弦波信号时的频率特性。如对图8和图9进行比较看出的那样，当增大纵横比时，尽管1次共振频率的声压与3次共振频率的声压之差变大，但是当加长压电元件的长度尺寸时，1次共振频率的声压与3次共振频率的声压之差不会变大，而且在频率高的范围内声压不会产生大的波动。实际上，考虑到从图8及图9看出的倾向，适宜地调整压电元件的形状和尺寸。
[共振器(壳体的放音孔)的效果]
图10表示在本实施方式中，在对于共振器的放音孔的总开口面积，作为一个例子将前腔的容积(共振器的空气室容量)从1.8cc改变到10cc的容积的情况下，对作为输入信号而输入正弦波信号时的频率特性如何变化进行试验的结果。另外，在该试验中，振动板的纵横比为1:1.3，压电元件的形状为扁圆形，将宽度尺寸固定为10mm，长度尺寸固定为15mm。为了在该状态下改变放音孔的总开口面积，设置1个放音孔，并且将其直径在2..5mm～9.9mm的范围内与前腔的容积相对应地进行改变。另外，在图10中，fcav是中间频率的值。从图10中可以看出，当总开口面积太大时(e的情况)，若放音孔的总开口面积处于合适的范围，则中间频率的值也不会有大到变化，而且，中间频率的声压也不会产生很大的差。另外，图11表示对于放音孔的总开口面积变化不大，而将放音孔的数目从1个改变到5个的情况下的影响进行试验的结果。由于当前腔的容积为7.5cc时，1次共振频率的声压与3次共振频率的声压之差没有变大，并且得到高声压的频率特性，因此，将前腔的容积选择为7.5cc。放音孔的数目以外的试验条件与图10的试验的情况相同。从图11可以看出，如果总开口面积不变，则放音孔的数目对于频率特性没有影响。从而，由该结果可以看出，放音孔的数目只要在1个以上即可。另外，该结论是在本实施方式中导出的结论，在共振器的结构改变了的所有情况下，并不确定是否是共同的结果。
[实施例的条件]
在上述各试验中采用的压电发音元件以及共振器(壳体和放音孔)满足以下的条件。振动板12的非固定部13优选由厚度为10μm～150μm的在铁中配合有镍的合金制的板构成。另外，压电元件优选具有将厚度为10μm～35μm的PZT陶瓷层叠多层而成的结构。进而，优选地，将压电元件粘接于振动板的丙烯类的粘接剂的肖氏硬度为75～85且厚度为1μm～10μm。
[第二个实施方式]
图12(A)及(B)是第二个实施方式的压电音响部件1的半部切断立体图及其分解立体图，图13(A)是在第二个实施方式中采用的压电发音元件11的俯视图，图13(B)是压电发音元件的背面图。第二个实施方式与图1及图2所示的第一个实施方式相比，压电发音元件11的形状及放音孔4的位置和数目不同。在其它的点与第一个实施方式没有不同。因此，在图12及图13中，对于与图1及图2所示的第一个实施方式相同的部分，赋予与用于说明图1及图2的附图标记相同的附图标记，并省略其说明。在本实施方式中，压电发音元件11的振动板12呈矩形形状，压电元件15粘贴于振动板12的背面。在本实施方式中，振动板12的非固定部13的轮廓形状形成所谓的哑铃形。
采用这样的结构，没有必要对振动板12实施特别的加工。另外，在本实施方式中，在上侧壳体半部5的上壁部51的中央形成有1个放音孔4。图14(A)表示不采用共鸣器(下侧壳体半部3)而由压电发音元件11单体测定的声压－频率特性，图14(B)表示采用共鸣器的压电音响部件的声压－频率特性。如对图14(A)及(B)进行比较看出的那样，在1.7kHz～3kHz的范围内，声压上升。
[振动板的非固定部的形状的变形例]
图15(A)及(B)表示在第二个实施方式中采用的压电发音元件11的变形例。该压电发音元件11的振动板12的哑铃形的非固定部13的轮廓形状为，一对短边13B具有在各自的两端部向相互靠近的方向倾斜的一对倾斜部13Ba。当设置这样的一对倾斜部13Ba时，通过改变倾斜部13Ba的倾斜角度，可以进行提高频率特性的高频波成分的改进。即，当采用该压电发音元件11的形状时，可以进行使如图17A中用箭头表示的频率部分的声压增加的改进。图16(A)至(D)是表示在使该压电发音元件以1次振动模式振动的情况下、以3次振动模式振动的情况下、以4次振动模式振动的情况下、以5次振动模式振动的情况下的振动板12的振动状态的图。在这些图中，白的部分是变形而凸出的部分，黑的部分是变形而凹入的部分。图17(A)表示不采用共鸣器(下侧壳体半部3)而由压电发音元件11单体测定的声压－频率特性，图17(B)表示采用共鸣器的压电音响部件的声压－频率特性。如对图14(A)及(B)进行比较看出的那样，在1.7kHz～3kHz的范围内，与改进之前相比，声压上升。
[第三个实施方式]
图18(A)及(B)是在第三个实施方式的压电音响部件中使用的压电发音元件11的俯视图及后视图。第三个实施方式与图12及图13所示的第二个实施方式相比，压电发音元件11的形状不同。其它的点与第二个实施方式没有不同。因此，在图18中，对于与图12及图13中所示的第二个实施方式相同的部分，赋予用于说明图12及图13的附图标记相同的附图标记，并省略其说明。在本实施方式中，压电发音元件11的振动板12呈矩形形状，压电元件15粘贴于振动板12的背面。在本实施方式中，振动板12的非固定部13的轮廓形状形成为不具有在第一个实施方式及第二个实施方式中的振动板的非固定部13所具有的倾斜直线部的所谓哑铃形。即，凹部13C呈完全的矩形形状。采用该结构，不需要对振动板12实施特别的加工。另外，在本实施方式中，与第二个实施方式同样地，在上侧壳体半部的上壁部的中央形成有1个放音孔。
图19是表示在本实施方式中，在图18(A)所示的L1:L2为1:0.2、1:0.3以及1:0.4，L1:W1为1.25:1、1.5:1、1.75:1以及2:1，W2/W1在0.2～1的范围内变化的情况下，当作为输入信号而输入正弦波信号时的1次固有振动频率◆和3次固有振动频率■的变化的图。另外，图20是表示在本实施方式中，在图18(A)所示的L1:L2为1:0.5、1:0.6以及1:0.7，L1:W1为1.25:1、1.5:1、1.75:1以及2:1，W2/W1在0.2～1的范围内变化的情况下的1次固有振动频率◆和3次固有振动频率■的变化的图。
另外，图21(A)至(C)是表示在L1:L2为1:0.4，L1:W1为1.4:1、1.5:1、1.6:1的情况下仅由压电发音元件获得的当作为输入信号而输入正弦波信号时的声压－频率特性的图。另外，图21(D)至(F)是表示在L1:L2为1:0.5，L1:W1为1:1、1.4:1、1.5:1、1.6:1的情况下仅由压电发音元件获得的当作为输入信号而输入正弦波信号时的声压－频率特性的图。进而，图21(G)至(I)是表示在L1:L2为1:0.6，L1:W1为1:1、1.4:1、1.5:1、1.6:1的情况下仅由压电发音元件获得的表示当作为输入信号而输入正弦波信号时的声压－频率特性的图。如观察图19至图21时看出的那样，当将长边的长度L1与短边的长度W1之比L1/W1设定成落入1.25～1.75的范围，在振动板的非固定部的凹部的长边上开口的开口部的长度L2与长边的长度L1之比L2/L1为0.4～0.7，朝向第二假想线的方向的一对凹部之间的尺寸W2与短边的长度W1之比W2/W1为0.4～0.95时，在约2kHz～约3kHz的范围内，声压上升。在将这些压电发音元件装入构成1个以上共振器的壳体内的情况下，1个以上放音孔的总开口面积及空气室容量被设定成使得当作为输入信号而输入正弦波信号时的1次共振频率、3次共振频率、1次共振频率与3次共振频率之间的中间频率的声压分别在80dB以上。进而，1个以上放音孔的总开口面积及空气室容量优选被设定成使得当作为输入信号而输入正弦波信号时的1次共振频率与3次共振频率之间的中间频率的声压在1次共振频率的声压及3次共振频率的声压以上。
[第四个实施方式]
第四个实施方式与图18(A)及(B)所示的第三个实施方式同样地，压电发音元件的振动板呈矩形形状，压电元件被粘贴于振动板的背面，振动板的非固定部的轮廓形状形成为不具有在第一个实施方式及第二个实施方式中的振动板的非固定部所具有的倾斜直线部的所谓哑铃形。即，凹部(13C)呈完全的矩形形状。所使用的振动板(12)的长边的长度L1(30mm)与短边的长度W1(21mm)之比L1/W1为1.43，在振动板的非固定部的凹部的长边上开口的开口部的长度L2(15mm)与长边的长度L1之比L2/L1为0.5，朝向第二假想线的方向的一对凹部之间的尺寸W2(12mm)与短边的长度W1之比W2/W1为0.57。另外，在本实施方式中，与第二个实施方式同样地，在上侧壳体半部的上壁部的中央形成有1个放音孔(4)。另外，振动板(12)的非固定部(13)由厚度为50μm的在铁中配合有镍的合金制的板构成。另外，压电元件具有将厚度为20μm的PZT陶瓷层叠多层而成的结构。进而，将压电元件粘接于振动板的丙烯类粘接剂肖氏D硬度为82且其厚度为约1～10μm。
并且，图22(A)至(E)表示当放音孔(4)的厚度尺寸为1mm，放音孔(4)的半径及空气室容量为5.5mm及6cc、7mm及8cc、8.5mm及10cc、10mm及10cc、以及11.5mm及14cc时，对当作为输入信号而输入正弦波信号时的声压－频率特性如何变化进行试验的结果。如从图22(A)至(E)看出的那样，在任意条件下，当作为输入信号而输入正弦波信号时的1次共振频率、3次共振频率以及1次共振频率与3次共振频率之间的中间频率的声压分别在80dB以上。另外，在图22(A)及(B)的例子中，1次共振频率与3次共振频率之间的中间频率的声压在1次共振频率的声压及3次共振频率的声压以上。在图22(C)至(E)的例子中，共振器被构成为使得在1.8KHz～3.2KHz的频率范围内，1次共振频率与中间频率之间的最小声压及中间频率与3次共振频率之间的最小声压也在80dB以上。从而，具有如下优点：在相当宽的频率范围内，声压上升且声压差变小，即使在使声音扫频的情况下，声音也是平坦的。
另外，在相同的条件下对于放音孔的厚度尺寸为2mm及3mm的情况进行试验，可以确认放音孔的厚度尺寸对于声压的变化没有影响。另外，如果L1/W1为1.40～1.45，L2/L1为0.45～0.55，W2/W1为0.55～0.59，则获得与图22(C)至(E)的例子同样的声压－频率特性。
工业上的利用可能性
根据本发明，即使在噪音大的场所，也能够提供可以听见多个音阶的声音的压电音响部件。
附图标记说明
1 压电音响部件
3 下侧壳体半部
4 放音孔
5 上侧壳体半部
6 壳体
7 开口部
7A 长边
7B 短边
7C 凸部
9 发音元件保持器
11 压电发音元件
12 振动板
13 非固定部
13A 长边
13B 短边
13C 凹部
13Ca 平行直线部
13Cb 倾斜直线部
15 压电元件
15A 直线部
15B 弯曲部
31 底壁部
32 周壁部
51 上壁部
52 周壁部
PL1 第一假想线
PL2 第二假想线
S1 第一空间
S2 第二空间

Claims (14)

1.一种压电音响部件，配备有压电发音元件和壳体，
所述压电发音元件由金属制的振动板以及设置于所述振动板的至少一面上的压电元件构成，
所述壳体被构成为将所述压电发音元件的所述振动板的外周部遍及全周地固定，并且在所述压电发音元件的两侧形成第一空间和第二空间，在与所述第一空间相对的壁部形成有1个以上的放音孔，由所述第一空间的容积和所述1个以上的放音孔构成共振器，其中，
位于所述振动板的所述外周部的内侧的非固定部分具有彼此相对的一对长边、和长度比该长边短且彼此相对的一对短边，在所述一对长边中具有向相互接近的方向凸出的一对凹部，
所述压电元件设置于所述振动板的所述非固定部分的所述一对凹部之间的区域上，
所述振动板及所述压电元件各自的轮廓形状被设定为相对于将所述一对短边一分为二的第一假想线对称且相对于将所述一对长边一分为二的第二假想线对称，
所述振动板的所述非固定部分的所述长边的长度L1与所述短边的长度W1之比L1/W1被设定为落入1.25～1.75的范围，
所述共振器被构成为使得当作为输入信号而输入正弦波信号时的1次共振频率、3次共振频率、以及所述1次共振频率与所述3次共振频率之间的中间频率的声压分别在80dB以上。
2.如权利要求1所述的压电音响部件，其特征在于，所述共振器被构成为使得所述中间频率的声压在所述1次共振频率的声压以及所述3次共振频率的声压以上。
3.如权利要求1所述的压电音响部件，其特征在于，所述共振器构成为使得所述1次共振频率与所述中间频率之间的最小声压以及所述中间频率与所述3次共振频率之间的最小声压分别在80dB以上。
4.如权利要求1所述的压电音响部件，其特征在于，所述壳体具有形成与所述振动板的所述非固定部的轮廓形状相同的形状的开口部，并且具有对所述振动板的外周部进行固定的发音元件保持件。
5.如权利要求1至4中任一项所述的压电音响部件，其特征在于，所述一对短边在两端部具有向相互靠近的方向倾斜的一对倾斜部。
6.如权利要求1至4中任一项所述的压电音响部件，其特征在于，在所述振动板的背面设置有所述压电元件。
7.如权利要求1至4中任一项所述的压电音响部件，其特征在于，所述振动板的所述非固定部的所述凹部被构成为具有与所述第一假想线平行地延伸的平行直线部、以及从所述平行直线部的两端部相互分离且向着对应的所述长边的剩余部分延伸的一对倾斜直线部，
所述压电元件的轮廓具有沿着一对所述凹部各自的所述平行直线部的一对直线部、以及以在与所述一对凹部的所述第二假想线延伸的方向相对的一对倾斜直线部所夹的区域内向所述一对短边凸出的方式弯曲的弯曲部。
8.如权利要求1至4中任一项所述的压电音响部件，其特征在于，所述振动板的所述非固定部的所述凹部被构成为具有与所述第二假想线平行地延伸的平行直线部、以及以从所述平行直线部的两端部相互分离且向着所述凹部内凸出的方式弯曲的一对凸状弯曲部，
所述压电元件的轮廓具有沿着一对所述凹部各自的所述平行直线部的一对直线部、以及以在所述一对凹部的所述一对凸状弯曲部所夹的区域内向所述一对短边凸出的方式弯曲的弯曲部。
9.如权利要求1至4中任一项所述的压电音响部件，其特征在于，所述振动板的所述非固定部的所述凹部由以向着所述第二假想线凸出的方式弯曲的弯曲凹部构成，
所述压电元件的轮廓具有以沿着一对所述弯曲凹部且在一对弯曲凹部所夹的区域内向所述一对短边凸出的方式弯曲的弯曲部。
10.如权利要求2所述的压电音响部件，其特征在于，所述振动板的非固定部由厚度为10μm～150μm的在铁中配合有镍的合金制板构成，
所述压电元件具有将厚度为10μm～35μm的PZT陶瓷层叠多层而成的结构，
将所述压电元件与所述振动板粘接的丙烯类粘接剂的肖氏D硬度为75～85且厚度为1μm～10μm。
11.一种压电音响部件，具有压电发音元件和壳体，
所述压电发音元件由金属制的振动板以及设置于所述振动板的至少一面上的压电元件构成，
所述壳体被构成为将所述压电发音元件的所述振动板的外周部遍及全周地固定，并且在所述压电发音元件的两侧形成第一空间和第二空间，构成在与所述第一空间相对的壁部形成有1个以上的放音孔的共振器，其中，
位于所述振动板的所述外周部的内侧的非固定部分具有彼此相对的一对长边和长度比该长边短且彼此相对的一对短边，在所述一对长边中具有向相互靠近的方向凸出的一对凹部，
所述压电元件设置于所述振动板的所述非固定部的所述一对凹部之间的区域上，
所述振动板以及所述压电元件各自的轮廓形状被设定为相对于将所述一对短边一分为二的第一假想线对称且相对于将所述一对长边一分为二的第二假想线对称，
所述长边的长度L1与所述短边的长度W1之比L1/W1被设定为落入1.25～1.75的范围，
在所述振动板的所述非固定部的所述凹部的所述长边开口的开口部的长度L2与所述长边的长度L1之比L2/L1为0.4～0.7，朝向所述第二假想线的方向的所述一对凹部之间的尺寸W2与所述短边的长度W1之比W2/W1为0.4～0.95，
所述共振器的所述1个以上放音孔的总开口面积以及空气室容量被设定为使得当作为输入信号而输入正弦波信号时的1次共振频率、3次共振频率、以及所述1次共振频率与所述3次共振频率之间的中间频率的声压分别在80dB以上。
12.如权利要求11所述的压电音响部件，其特征在于，在所述振动板的背面设置有所述压电元件。
13.如权利要求12所述的压电音响部件，其特征在于，所述共振器被构成为使得所述1次共振频率与所述中间频率之间的最小声压以及所述中间频率与所述3次共振频率之间的最小声压分别在80dB以上。
14.如权利要求13所述的压电音响部件，其特征在于，
所述L1/W1为1.40～1.45，
所述L2/L1为0.45～0.55，
所述W2/W1为0.55～0.59。
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