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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Lautsprecher und im
Besonderen auf einen Lautsprecher, der ein im Wesentlichen halbkugeliges
Oberflächenschwingungselement
umfasst.
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2. Beschreibung der verwandten
Technik
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Der
Erfinder der vorliegenden Erfindung hat einen Lautsprecher erfunden,
der ein im Wesentlichen halbkugeliges Oberflächenschwingungselement umfasst,
das in der
japanischen Patentanmeldung
Nr. 7-347884 (ungeprüfte
japanische Patentanmeldungsveröffentlichung
Nr. 9-168194 ) beschrieben ist. Bei diesem Lautsprecher
1,
wie er in
7 gezeigt ist, sind an beiden
Oberflächen
eines im Wesentlichen halbkugeligen Oberflächenschwingungskörpers
2,
der aus einem piezoelektrischen Material hergestellt ist, Elektroden
3a und
3b bereitgestellt.
Durch Eingeben eines Signals zwischen den Elektroden
3a und
3b wird
der Schwingungskörper
2 so
in Schwingung gebracht, dass eine akustische Welle ausgestrahlt
wird. Der Randabschnitt des Schwingungselements
2 ist unter
Verwendung eines Haftmittels an einer Basis
4 befestigt.
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Ein
Schalltrichterabschnitt 5 ist in der Basis 4 bereitgestellt,
die ein Loch (Schallweg) aufweist, das sich allmählich von der Innenoberflächenseite
des Schwingungskörpers 2 zu
der Außenseite
hin vergrößert. Mit dem
Schalltrichterabschnitt 5 wird eine akustische Welle, die
von der Innenoberflächenseite
des Schwingungskörpers 2,
verursacht durch die Schwingung des Schwingungselements 2,
ausgestrahlt wird und sich durch den Schalltrichterabschnitt 5 hindurchbewegt,
nach außen
geleitet. Eine akustische Welle, die von der Außenoberflächenseite des Schwingungselements 2 ausgestrahlt
wird, und eine akustische Welle, die von der Innenoberflächenseite
ausgestrahlt wird, weisen eine Phasendifferenz von 180° auf. Die
Schallwellen werden jedoch durch den Schalltrichterabschnitt 5 manipuliert,
so dass sie im Wesentlichen in der zu der Installationsebene des
Lautsprechers 1 parallelen Richtung dieselbe Phase aufweisen.
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Bei
dem im Vorhergehenden beschriebenen Lautsprecher erweitert sich
oder schrumpft das gesamte im Wesentlichen halbkugelige Oberflächenschwingungselement
mit einem Eingangssignal, d. h. wird in „Atmungsschwingung" versetzt, so dass
eine akustische Welle ausgestrahlt wird. Wenn jedoch die Bindungsfestigkeit
zwischen dem Schwingungselement und der Basis schwach ist, wird
auch eine zusätzliche
Schwingung, außer
der „Atmungsschwingung" in dem Randabschnitt
erzeugt. Wenn die Atmungsschwingung und die Schwingung in dem Randabschnitt
vorliegen, verringert sich die Schalldruckcharakteristik als Ganzes,
und es kann keine ausreichende Schalldruckcharakteristik in dem
gesamten Bereich eines erforderlichen Frequenzbandes erreicht werden.
Ferner wird Wärmestoßprüfen ausgeführt, um
die Zuverlässigkeit
eines Lautsprechers zu bestätigen.
Wenn die Bindungsfestigkeit des Haftmittels schwach ist, kann es
vorkommen, dass sich das Schwingungselement von der Basis ablöst, was
durch die Differenz zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten
des Schwingungselements und der Basis verursacht ist.
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Darüber hinaus
wird, wenn die Bindungsfestigkeit des Haftmittels zu hoch ist, die
in dem Randabschnitt des Schwingungselements erzeugte Schwingung
unterdrückt.
Jedoch ist, wo die Bindungsfestigkeit übermäßig hoch ist, die Atmungsschwingung
des Schwingungselements streng geteilt, und die Basis schwingt mit
dem Schwingungsaustreten aus dem Vibrator. Aus diesem Grund treten
eine ausgeprägte
Spitze (ein hoher Abschnitt, wo ein Schallpegel markant ist) und
ein ausgeprägter
Einbruch bei dem Schalldruck in den Schalldruckcharakteristiken
auf. Es können
so keine guten Schalldruckcharakteristiken erhalten werden. Darüber hinaus
kann bei einem Zuverlässigkeitsprüfen das
Schwingungselement, verursacht durch die Differenz zwischen den
Wärmeausdehnungskoeffizienten
des Schwingungselements und der Basis, brechen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Um
die im Vorhergehenden beschriebenen Probleme zu überwinden, stellen bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung einen Lautsprecher mit hoher Zuverlässigkeit
bereit, bei dem exzellente Schalldruckcharakteristiken erhalten
werden.
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist ein Lautsprecher mit einem im Wesentlichen
halbkugeligen Oberflächenschwingungselement,
einer Basis, die mit dem Randabschnitt des Schwingungselements verbunden
ist, einem ersten Haftmittel, das zwischen dem Randabschnitt des
Schwingungselements und der Basis aufgebracht ist, um das Schwingungselement
mit der Basis zu verbinden, und einem zweiten Haftmittel, das an
dem Umfang des Randabschnitts des Schwingungselements, der durch
das erste Haftmittel verbunden ist, aufgebracht ist, bereitgestellt.
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Bei
diesem Lautsprecher ist das Schwingungselement bevorzugt ein im
Wesentlichen halbkugeliger Oberflächenschwingungskörper, der
ein piezoelektrisches Material und Elektroden umfasst, die an der
Innenoberfläche
und der Außenoberfläche des
Schwingungskörpers
bereitgestellt sind.
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Das
erste Haftmittel wird verwendet, um eine geeignete Bindungsfestigkeit
zwischen dem Schwingungselement und der Basis zu erhalten. Das zweite
Haftmittel wird verwendet, um eine Bindungsfestigkeit zwischen dem
Schwingungselement und der Basis zu erhalten und um die Schwingung
des Schwingungselements zu dämpfen.
Die Haftmittel werden derart ausgewählt, dass das zweite Haftmittel
einen niedrigeren Elastizitätsmodul
als das erste Haftmittel aufweist.
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Bei
dem Lautsprecher gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird eine erwünschte Bindungsfestigkeit erreicht,
und darüber
hinaus wird ein Schwingungsaustreten aus dem Schwingungselement
durch die zwei Typen von Haftmittel absorbiert.
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Das
erste Haftmittel wird verwendet, um eine geeignete Bindungsfestigkeit
zwischen dem Schwingungselement und der Basis zu erhalten. Ferner
wird das zweite Haftmittel verwendet, um eine Bindungsfestigkeit
zwischen dem Schwingungselement und der Basis zu erhalten, und es
fungiert darüber
hinaus als ein Dämpfungsmaterial,
um zu verhindern, dass die Schwingung des Schwingungselements heraustritt.
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Um
die im Vorhergehenden beschriebenen Effekte zu erzielen, weist das
zweite Haftmittel einen niedrigeren Elastizitätsmodul als das erste Haftmittel
auf.
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Andere
Merkmale, Charakteristika, Elemente und Vorteile oder bevorzugte
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung sind aus der ausführlichen Beschreibung von bevorzugten
Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
ersichtlich.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine perspektivische Ansicht, die einen Lautsprecher gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist
ein veranschaulichender Querschnitt des in 1 gezeigten
Lautsprechers;
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3 ist
ein Querschnitt des in dem in 1 gezeigten
Lautsprecher verwendeten Schwingungselements;
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4 ist
ein Querschnitt, der den Zustand zeigt, dass das Schwingungselement
und ein Anschluss in dem in 1 gezeigten
Lautsprecher miteinander verbunden sind;
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5 ist
ein Charakteristikgraph, der die Schalldruckcharakteristiken zeigt,
die erhalten werden, wenn das Schwingungselement und die Basis unter
Verwendung eines Haftmittels mit einem Elastizitätsmodul von 1 MPa, 150 MPa
und 2000 MPa miteinander verbunden werden;
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6 ist
Charakteristikgraph, der die Schalldruckpegel zeigt, die erhalten
werden, wenn das zweite Haftmittel verwendet wurde oder nicht verwendet
wurde; und
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7 ist
ein Querschnitt, der ein Beispiel eines herkömmlichen Lautsprechers zeigt.
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Ausführliche Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsbeispiele
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung sind mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben. Identische Elemente, die in die verschiedenen bevorzugten
Ausführungsbeispiele aufgenommen
sind, weisen entsprechende Bezugszeichen auf und eine wiederholte
Beschreibung wurde vermieden.
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1 zeigt
einen Lautsprecher 10 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, der eine Flachplattenbasis 12 umfasst.
Die Basis 12 weist bevorzugt eine Scheibenform aus Aluminium
oder anderen geeigneten Materialien auf. Ein kleines Loch 14 ist
in etwa der Mitte der Basis 12 bereitgestellt. Ferner ist
eine im Wesentlichen kreisförmige
Rille 16 entlang des Außenumfangs der Basis 12 auf
einer Oberfläche
der Basis 12 bereitgestellt. Anschlussrillen 18 und 20 sind
in jeweils gegenüberliegenden
Endabschnitten der Basis 12 bereitgestellt. Jede der Anschlussrillen 18 und 20 umfasst
eine Vertiefung oder Ausnehmung, die sich von der einen Oberfläche der
Basis 12 zu dem Randabschnitt derselben erstreckt. Die
Anschlussrillen 18 und 20 sind so bereitgestellt,
dass später
beschriebene Anschlüsse
zu der anderen Oberflächenseite
der Basis 12 herausgeleitet werden.
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Ein
im Wesentlichen halbkugeliges Schwingungselement 22 ist
mit der einen Oberfläche
der Basis 12 verbunden. Das Schwingungselement 22,
wie es in 3 gezeigt ist, umfasst einen
im Wesentlichen halbkugeligen Oberflächenschwingungskörper 24,
der aus einer piezoelektrischen Keramik oder einem anderen geeigneten
Material hergestellt ist. Der Schwingungskörper 24 ist in der
Richtung der Dicke polarisiert. Durch Elektroden 26 und 28 ist
ein Antriebsmechanismus bereitgestellt, um den Schwingungskörper 24 zum
Schwingen zu bringen, die an beiden Oberflächen des Schwingungskörpers 24 bereitgestellt
sind. Die Elektroden 26 und 28 werden durch Plattieren,
Aufdampfen, Sputtern oder ein anderes geeignetes Verfahren, ein
leitfähiges Material
wie beispielsweise Gold, Silber, Nickel oder ein anderes geeignetes
leitfähiges
Material an beiden Oberflächen
des Schwingungskörpers 24 gebildet.
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Das
Schwingungselement 22 wird in die im Wesentlichen kreisförmige Rille 16,
die an der Basis 12 bereitgestellt ist, eingepasst. Der
Randabschnitt des Schwingungselements 22 wird unter Verwendung
eines ersten Haftmittels 30 in der Rille 16 der
Basis 12 verbunden, wie es in 4 gezeigt
ist. Ferner wird der Umfang des Randabschnitts des Schwingungselements 22 unter
Verwendung eines zweiten Haftmittels 32 weitergehend verbunden.
Das zweite Haftmittel weist einen niedrigeren Elastizitätsmodul
als das erste Haftmittel auf. Das erste Haftmittel ist bevorzugt
ein elastisches Haftmittel vom Epoxid-Typ oder ein anderes geeignetes elastisches
Haftmittel, und das zweite Haftmittel ist bevorzugt ein Harz vom
Urethan-Typ oder ein anderes geeignetes Haftmittel. Das kleine Loch 14,
das an der Basis 12 bereitgestellt ist, fungiert als ein
Entgasungsloch, das es zulässt,
dass Luft, die sich aufgrund der durch das Verbinden des Schwingungselements 22 mit
der Basis 12 erzeugten Wärme ausdehnt, entweichen kann.
Ohne ein derartiges Loch würde
die ausgedehnte Luft bewirken, dass sich ein Zwischenraum zwischen
dem Schwingungselement 22 und der Basis 12 bildet,
was die Verbindung zwischen dem Schwingungselement 22 und
der Basis 12 instabil machen würde. Darüber hinaus sind Anschlüsse 34 und 36 an
den Elektroden 26 und 28, die an beiden Oberflächen des
Schwingungskörpers 24 bereitgestellt
sind, befestigt.
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Der
Anschluss 34 ist mit der Elektrode 26 verbunden,
die an der Außenoberfläche des
Schwingungskörpers 24 bereitgestellt
ist, und der Anschluss 36 ist mit der Elektrode 28 verbunden,
die an der Innenoberfläche
des Schwingungskörpers 24 bereitgestellt
ist. Die Anschlüsse 34 und 36,
die durch die Anschlussrillen 18 und 20 hindurchgehen,
die an der Basis 12 bereitgestellt sind, werden jeweils
im Wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche der Basis 12 herausgeleitet.
Um den Kurzschluss zwischen den Anschlüssen 30, 32 und der
Basis 12 zu vermeiden, sind die Anschlussrillen 18, 20 derart
aufgebaut, dass Freiräume
zwischen dem jeweiligen Inneren der Anschlussrillen 18, 20 und
den Anschlüssen 30, 32 aufrechterhalten
werden. Wenn die Basis 12 aus Aluminium hergestellt ist,
können
die Anschlüsse 30 und 32 die
Basis berühren,
vorausgesetzt, dass ein Isolierfilm durch Alumit-Behandlung (Aluminiumoxidbehandlung)
auf der Oberfläche
des Aluminiums bereitgestellt ist oder ein Harzfilm mit Isoliereigenschaften
bereitgestellt ist. Wenn die Basis aus einem Isoliermaterial wie
beispielsweise einem Harz oder einem anderen geeigneten Isoliermaterial
mit Isoliereigenschaften hergestellt ist, sind die Freiräume zwischen
den Anschlüssen 34, 36 und
der Basis 12 nicht erforderlich.
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Auf
den Lautsprecher 10 Bezug nehmend erweitert sich oder schrumpft
der Schwingungskörper 24 als ein
Ganzes, d. h. wird in Atmungsschwingung versetzt, und zwar durch
Eingeben eines Signals in die Anschlüsse 34 und 36,
so dass eine akustische Welle von der gekrümmten Außenoberfläche des Schwingungselements 22 ausgestrahlt
wird. Jedoch wird die akustische Welle, die von der Innenoberfläche des
Schwingungselements ausgestrahlt wird, nicht nach außen ausgestrahlt,
da die Basis 12 die von der Innenoberfläche des Schwingungselements
ausgestrahlte akustische Welle blockiert. Es sei darauf hingewiesen,
dass das kleine Loch 14 in der ungefähren Mitte der Basis 12 vorgesehen
ist, um zu ermöglichen,
dass die im Inneren vorhandene Luft entweichen kann und keinen Bezug
zu der Ausstrahlung der akustischen Welle aufweist.
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Bei
diesem Lautsprecher 10 stellt das erste Haftmittel 30 ausreichend
Bindungsfestigkeit bereit, um das Schwingungselement 22 mit
der Basis 12 zu verbinden. Bei dem im Wesentlichen halbkugeligen
Oberflächenschwingungselement
wird zusätzlich
zu der wesentlichen Atmungsschwingung eine Schwingung in dem Randabschnitt
des Schwingungselements erzeugt. Da die ausreichende Bindungsfestigkeit
zwischen dem Schwingungselement 22 und der Basis 12 vorliegt,
sind die Schwingung in dem Randabschnitt des Schwingungselements 22 und
die Atmungsschwingung angemessen getrennt. Entsprechend wird durch
Trennen der Atmungsschwingung des Schwingungselements 22 von
der Schwingung in dem Randabschnitt eine erwünschte Schalldruckcharakteristik
erhalten. Zudem wird das Schwingungselement 22 nicht von
der Basis 12 getrennt, selbst wenn ein Wärmestoß auf den
Lautsprecher 12 ausgeübt
wird.
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Das
erste Haftmittel 30 weist eine ausreichende Bindungsfestigkeit
auf, um das Schwingungselement 22 wirksam mit der Basis 12 zu
verbinden. Jedoch weist das Haftmittel keine extrem hohe Bindungsfestigkeit auf,
da, wenn das Haftmittel eine extrem hohe Bindungsfestigkeit aufweist,
das Schwingungselement 22, verursacht durch die Differenz
zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten
des Schwingungselements 22 und der Basis 12, brechen
kann. Entsprechend weist das erste Haftmittel 30 bevorzugt
ausreichend Bindungsfestigkeit auf, damit das Schwingungselement 22 und
die Basis 12 sich nicht voneinander ablösen, und die Schwingung in
dem Randabschnitt des Schwingungselements 22 und die Atmungsschwingung
sind angemessen voneinander getrennt.
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Tabelle
1 zeigt die Beziehung zwischen den Schalldruckcharakteristiken und
der Zuverlässigkeit,
die erhalten wird, wenn das Schwingungselement 22 und die
Basis 12 unter Verwendung eines Haftmittels miteinander
verbunden werden.
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Diese
Tabelle zeigt die Ergebnisse, die erhalten wurden, als Haftmittel
mit drei Elastizitätsmodulen
von 1 MPa, 150 MPa und 2000 MPa verwendet wurden.
5 zeigt
die Schalldruckcharakteristiken, die erhalten wurden, als diese
Haftmittel verwendet wurden. Die Zuverlässigkeit wird basierend darauf
gemessen, ob ein Lautsprecher bricht, wenn ein Wärmestoß angewendet wird, oder nicht. Tabelle 1
ELASTIZITÄTSMODUL
DES VERWENDETEN HAFTMITTELS | SCHALLDRUCK-CHARAKTERISTIK | ZUVERLÄSSIGKEIT |
1
MPa | SCHLECHT | GUT |
150
MPa | GUT | GUT |
2000
MPa | SCHLECHT | SCHLECHT |
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Wie
es in 5 zu sehen ist, ist, als das Haftmittel mit einem
Elastizitätsmodul
von 1 MPa verwendet wurde, der Schalldruckpegel insgesamt verringert
und die Schalldruckcharakteristik somit schlecht. Die schlechte
Schalldruckcharakteristik liegt darin begründet, dass die Bindungsfestigkeit
des Haftmittels unzulänglich
ist, derart, dass die Schwingung in dem Randabschnitt des Schwingungselements 22 nicht
unterdrückt wird
und die Schalldruckcharakteristik lediglich durch die Atmungsschwingung
des Schwingungselements 22 und die Schwingung in dem Randabschnitt
erzeugt wird. Ferner bestanden bei der Verwendung des Haftmittels
mit einem Elastizitätsmodul
von 2000 MPa viele Spitzen und Einbrüche in der Schalldruckcharakteristik, weshalb
die Schalldruckcharakteristik schlecht war. Da die Bindungsfestigkeit
des Haftmittels extrem hoch ist, sind das Schwingungselement 22 und
die Basis 12 sehr starr miteinander verbunden, und die
Gesamtschwingung des Schwingungselements 22 ist streng
getrennt, weshalb ein Schwingungslecken aus dem Schwingungselement 22 erzeugt
wird. Da das Schwingungselement 22 und die Basis 12 starr
miteinander verbunden sind, weist das Schwingungselement 22 ferner
eine Neigung zum Brechen auf. Dieses Brechen wird durch die Differenz
zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten
des Schwingungselements 22 und der Basis 12 verursacht,
weshalb die Zuverlässigkeit
schlecht ist.
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Andererseits
sind bei einer Verwendung des Haftmittels mit einem Elastizitätsmodul
von 150 MPa die Schalldruckcharakteristik und die Zuverlässigkeit
sehr gut.
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Ferner
ist bei diesem Lautsprecher 10 der Umfang des Randabschnitts
des Schwingungselements 22 durch ein zweites Haftmittel 32 verbunden,
das einen niedrigeren Elastizitätsmodul
als das erste Haftmittel 30 aufweist. Somit ist die Schwingung
in dem Randabschnitt des Schwingungselements 22 gedämpft, so
dass das Schwingungsaustreten verhindert wird, und darüber hinaus
wird die Schwingung der Basis 12, die mit der Schwingung
des Schwingungselements 22 einher geht, unterdrückt. Somit
wird die Erzeugung einer Spitze oder eines Einbruchs, die durch
das Schwingungsaustreten verursacht ist, in der Schalldruckcharakteristik
des Lautsprechers 10 unterdrückt.
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Die
Schalldruckcharakteristiken, die mit aufgebrachtem und nicht aufgebrachtem
zweitem Haftmittel erhalten wurden, wurden gemessen. Die Ergebnisse
sind in 6 gezeigt. Wie in 6 zu
sehen ist, sind, wenn kein zweites Haftmittel aufgebracht wird,
Spitzen und Einbrüche
in der Schalldruckcharakteristik relativ groß. Wenn das zweite Haftmittel
aufgebracht wird, werden im Wesentlichen einheitliche Schalldruckcharakteristiken
erzeugt.
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Gemäß dem Lautsprecher 10 des
bevorzugten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung kann, wie es im Vorhergehenden beschrieben
ist, durch Verwenden des ersten Haftmittels 30 mit einer
ausreichenden Bindungsfestigkeit und des zweiten Haftmittels mit
Schwingungsdämpfungseffekten
ein Lautsprecher mit exzellenten Schalldruckcharakteristiken und
hoher Zuverlässigkeit
bereitgestellt werden. Auch wird, wenn eine Basis mit einem Schalltrichterabschnitt,
wie er in 7 gezeigt ist, als die Basis
verwendet wird, zusätzlich
zu dem Fall der Flachplattenbasis, ein Lautsprecher mit exzellenten
Schalldruckcharakteristiken und hoher Zuverlässigkeit erzeugt.
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird ein Lautsprecher mit einer Schalldruckcharakteristik
mit verringerten Spitzen und Einbrüchen erhalten. Ferner wird
das Sich-Ablösen
des im Wesentlichen halbkugeligen Oberflächenschwingungselements von
der Basis und das Versagen des Schwingungselements, verursacht durch
einen Wärmestoß, verhindert.
Es wird somit ein Lautsprecher mit einer hohen Zuverlässigkeit
erhalten.
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Während bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung offenbart wurden, werden verschiedene Modi eines Ausführens der
hierin offenbarten Prinzipien so betrachtet, dass sie innerhalb
des Schutzbereichs der nachfolgenden Patentansprüche liegen. Es sei somit darauf
hingewiesen, dass der Schutzbereich der Erfindung nicht beschränkt sein
soll, außer
wie ansonsten in den Patentansprüchen
dargelegt.