JP2001008290A - Piezoelectric speaker - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、音響機器などに用
いられる圧電スピーカに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric speaker used for audio equipment and the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来の圧電スピーカの構成について説明
する。図5に示す圧電スピーカは薄板状のセラミックス
圧電素子1の片面に金属板11を接着したもので、ユニ
モルフ型と称される。また、金属板11の両面にセラミ
ックス圧電素子1を接着したものはバイモルフ型と称さ
れる。いずれの構成もセラミックス圧電素子1の伸縮に
より金属板11を屈曲させて音波を得るものであり、バ
イモルフ型の方が高効率である。2. Description of the Related Art The structure of a conventional piezoelectric speaker will be described. The piezoelectric speaker shown in FIG. 5 is obtained by bonding a metal plate 11 to one surface of a thin ceramic piezoelectric element 1 and is called a unimorph type. Further, the one in which the ceramic piezoelectric elements 1 are bonded to both surfaces of the metal plate 11 is called a bimorph type. In any case, the sound wave is obtained by bending the metal plate 11 by expansion and contraction of the ceramic piezoelectric element 1, and the bimorph type has higher efficiency.
【0003】また、図6に示す他の従来例は円錐型振動
板を有する構成である。該円錐型振動板12は周端部が
フレーム2に支持されていて、その頂部は金属板11に
接着された圧電素子1の中央部に連結している。従っ
て、圧電素子1の伸縮及び金属板11の屈曲による圧電
素子1の中央部の上下振動が、円錐型振動板12に伝達
して音響放射する。Another conventional example shown in FIG. 6 has a configuration having a conical diaphragm. The conical diaphragm 12 has a peripheral end supported by the frame 2 and a top connected to the center of the piezoelectric element 1 bonded to the metal plate 11. Therefore, the vertical vibration of the central portion of the piezoelectric element 1 due to the expansion and contraction of the piezoelectric element 1 and the bending of the metal plate 11 is transmitted to the conical diaphragm 12 to emit acoustic sound.
【0004】また、図7に示す他の従来例は、振動板1
2が内側のセミドームと呼ばれるドーム部12aと外側
のコーン部12bから成る構成である。この振動板12
はドーム部12aの外周部が圧電素子1に接着されてお
り、コーン部12bの外周部がフレーム2に接着固定さ
れている。従って、この圧電スピーカでは圧電素子1は
振動板12によって垂下した構成となっており、ほぼ自
由な状態で伸縮運動を行うことができる。Another conventional example shown in FIG.
Reference numeral 2 denotes a configuration including a dome portion 12a called an inner semi-dome and an outer cone portion 12b. This diaphragm 12
The outer peripheral portion of the dome portion 12a is bonded to the piezoelectric element 1, and the outer peripheral portion of the cone portion 12b is bonded and fixed to the frame 2. Therefore, in this piezoelectric speaker, the piezoelectric element 1 is configured to hang down by the diaphragm 12, and can perform expansion and contraction movement in a substantially free state.
【0005】また、さらに他の従来技術として、有機材
料から成る高分子圧電フィルムシートを湾曲させて用
い、該シートの伸び変位を上下変位に変換して音波を得
る構成も提案されている。Further, as another prior art, there has been proposed a configuration in which a polymer piezoelectric film sheet made of an organic material is used in a curved state, and a sound wave is obtained by converting an extension displacement of the sheet into a vertical displacement.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では次のような問題点が指摘される。However, the following problems are pointed out in the above conventional example.
【0007】図5に示す従来例は、金属板11の材質、
形状によって決まる共振周波数において高能率の音波が
得られるものであり、単一の音を放射するには構造も単
純で好ましい。しかしながら、再生周波数帯域が狭いの
で、広帯域の音声を再生するスピーカとしては甚だ不適
当である。[0007] In the conventional example shown in FIG.
A highly efficient sound wave can be obtained at a resonance frequency determined by the shape, and the structure is simple and preferable for emitting a single sound. However, since the reproduction frequency band is narrow, it is extremely unsuitable as a speaker for reproducing a wideband sound.
【0008】また、図6に示す従来例では、円錐型振動
板12からの音響反射によるものであるため再生帯域は
若干広がるものの、金属板11による共振周波数の影響
は無視できない。従って、広帯域のスピーカとして使用
できるほどの特性を有していない。Further, in the conventional example shown in FIG. 6, although the reproduction band is slightly widened due to the acoustic reflection from the conical diaphragm 12, the influence of the resonance frequency by the metal plate 11 cannot be ignored. Therefore, it does not have characteristics enough to be used as a wideband speaker.
【0009】また、図7に示す従来例の場合、振動板1
2のドーム部12aとコーン部12bとではその境界に
て伸縮が生ずるため、互いの伸縮運動が逆となる。つま
り、ドーム部12aが伸長するときにコーン部12bは
収縮するので逆位相の運動となる。故に、出力音圧レベ
ルが著しく低く、周波数特性におけるピーク/ディップ
が大きくなる。In the case of the conventional example shown in FIG.
Since the expansion and contraction occur at the boundary between the second dome portion 12a and the cone portion 12b, the mutual expansion and contraction motion is reversed. That is, when the dome portion 12a expands, the cone portion 12b contracts, so that the motion is in the opposite phase. Therefore, the output sound pressure level is extremely low, and the peak / dip in the frequency characteristic becomes large.
【0010】また、従来技術で高分子圧電フィルムシー
トを用いた構成の場合、有機系材料から成る圧電素子は
セラミックス系のものに比べてその圧電定数が著しく小
さい。従って、得られるスピーカの能率も不十分なもの
であった。[0010] In the case of a conventional structure using a polymer piezoelectric film sheet, a piezoelectric element made of an organic material has a significantly smaller piezoelectric constant than a ceramic element. Therefore, the efficiency of the obtained speaker is also insufficient.
【0011】さらに、該高分子圧電フィルムシートは圧
電効果による振動に方向性があるのでシートの圧延方向
とその直交方向では著しく異なる。このため、球殻状若
しくはドーム状にすることはできず、シートを湾曲させ
て円筒状若しくは「かまぼこ」状にしかできない。Further, since the vibration of the polymer piezoelectric film sheet has directionality due to the piezoelectric effect, the rolling direction of the sheet is significantly different from the rolling direction of the sheet. For this reason, the sheet cannot be formed into a spherical shell or a dome shape, but can be formed only into a cylindrical shape or “kamaboko” by bending a sheet.
【0012】このほかにも、有機材料から成る圧電素子
を用いた従来技術として、セラミック系材料と有機系材
料との複合によるものが提案されている。これは、セラ
ミックス系材料に有機系材料の可撓性が付与されて形状
の自由度が与えられたものであるが、その複合化の手順
が甚だしく煩雑であるという欠点がある。また、本来は
圧電性を有さない有機材料との複合を行うことで圧電特
性が低下し、実用的なスピーカを得ることはできなかっ
た。In addition, as a conventional technique using a piezoelectric element made of an organic material, a technique using a composite of a ceramic material and an organic material has been proposed. This is because the flexibility of the organic material is given to the ceramic material so that the degree of freedom of the shape is given. However, there is a drawback that the procedure of compounding the ceramic material is extremely complicated. Further, by combining with an organic material which does not originally have piezoelectricity, the piezoelectric characteristics are reduced, and a practical speaker cannot be obtained.
【0013】本発明は上記課題をかんがみて成されたも
のであり、音声の再生周波数帯域が広帯域となる圧電ス
ピーカを提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a piezoelectric speaker having a wide sound reproduction frequency band.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の圧電スピーカはセラミックス圧電素子をド
ーム状に成形してこれに電極を形成し、通電することに
より伸縮させて音波を得る構成である。従って、従来技
術のように金属板を設ける必要がないことから、金属に
よる共振周波数の影響は発生しない。また、この金属の
独特の形状によって不都合な振動が生じるというおそれ
もない。In order to achieve the above object, a piezoelectric speaker according to the present invention forms a ceramic piezoelectric element in a dome shape, forms an electrode on the dome, and expands and contracts by energizing to obtain a sound wave. Configuration. Therefore, since there is no need to provide a metal plate as in the related art, the influence of the resonance frequency due to metal does not occur. Also, there is no danger that undesired vibrations will occur due to the unique shape of the metal.
【0015】また、圧電素子の周端部がフレームに保持
された構成とする。これによって、セラミックス圧電素
子の伸縮が圧電素子全体の上下振動に変換され音波が得
られる。[0015] The peripheral end of the piezoelectric element is held by a frame. Thereby, expansion and contraction of the ceramic piezoelectric element is converted into vertical vibration of the entire piezoelectric element, and a sound wave is obtained.
【0016】また、このセラミックス圧電素子の垂直方
向の断面形状は、それぞれ異なった半径を有する複数の
円弧を連続させた構成である。球殻状の圧電素子の場
合、その厚みtが半径aに比べて十分に小さいとき、該
圧電素子が有する共振周波数frは以下の式(1)で表さ
れる。The vertical cross section of the ceramic piezoelectric element has a configuration in which a plurality of circular arcs having different radii are continuously formed. When the thickness t of the spherical piezoelectric element is sufficiently smaller than the radius a, the resonance frequency fr of the piezoelectric element is expressed by the following equation (1).
【0017】[0017]
【数1】 (Equation 1)
【0018】上記式(1)において、E、ρ及びσは各々
圧電セラミックスのヤング率、密度及びポアソン比であ
る。In the above equation (1), E, ρ and σ are the Young's modulus, density and Poisson's ratio of the piezoelectric ceramic, respectively.
【0019】つまり、共振周波数frは半径aに逆比例
する。従って、本発明のように半径のそれぞれ異なる球
面が複数連続することでドーム状圧電素子の曲面を構成
していると、その共振周波数が現れにくくなる。That is, the resonance frequency fr is inversely proportional to the radius a. Therefore, when the curved surface of the dome-shaped piezoelectric element is constituted by a plurality of continuous spherical surfaces having different radii as in the present invention, the resonance frequency is less likely to appear.
【0020】また、振動体は厚み方向に分極処理される
と共に、面方向に伸縮可能に構成されている。これによ
ると、圧電素子の厚み方向に電圧を印加することになる
ため、製造が容易である。また、圧電素子の振動方向と
電圧の印加方向とが直交しているため、共振周波数を低
くすることができる。The vibrating body is configured to be polarized in the thickness direction and extend and contract in the plane direction. According to this, since a voltage is applied in the thickness direction of the piezoelectric element, manufacturing is easy. Further, since the vibration direction of the piezoelectric element is orthogonal to the voltage application direction, the resonance frequency can be reduced.
【0021】[0021]
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る圧電スピーカ
の実施形態について図面を参照して説明する。図1は本
実施形態の圧電スピーカの垂直方向における断面図であ
る。1はドーム状に成形されたセラミックス圧電素子で
あり、2は該圧電素子1の周端部を保持するフレームで
あり、3は圧電素子1の両面に形成された電極(不図示)
に信号電圧を印加するためのリード線である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the piezoelectric speaker according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view in the vertical direction of the piezoelectric speaker of the present embodiment. 1 is a ceramic piezo element formed in a dome shape, 2 is a frame for holding the peripheral end of the piezo element 1, and 3 are electrodes (not shown) formed on both sides of the piezo element 1.
Is a lead wire for applying a signal voltage to.
【0022】上記セラミックス圧電素子1の製造方法に
ついて説明する。圧電セラミックス材料としては、PZ
T系圧電セラミックスなど電気機械結合係数の高いもの
を用いることが望ましい。この粉末圧電セラミックス材
料と有機バインダーとの混合物を所望形状の金型で挟持
圧締し、1200℃で焼成する。これによって、ドーム
状の圧電素子基体を得る。A method for manufacturing the ceramic piezoelectric element 1 will be described. PZ as a piezoelectric ceramic material
It is desirable to use a material having a high electromechanical coupling coefficient such as T-based piezoelectric ceramics. The mixture of the powdered piezoelectric ceramic material and the organic binder is sandwiched and pressed with a mold having a desired shape, and fired at 1200 ° C. Thereby, a dome-shaped piezoelectric element base is obtained.
【0023】該基体の表裏両面に銀ペーストを塗布して
焼成することにより電極を形成する。電極としては、銀
のほかパラジウム、白金、金及び銅などの一般的な電極
材料が使用でき、形成の方法としてはスパッタリングや
メッキなども可能である。さらに、厚み方向に分極処理
を行いセラミックス圧電素子を得る。An electrode is formed by applying a silver paste on both the front and back surfaces of the substrate and firing it. As the electrode, a general electrode material such as palladium, platinum, gold, and copper can be used in addition to silver, and sputtering or plating can be used as a forming method. Further, a polarization process is performed in the thickness direction to obtain a ceramic piezoelectric element.
【0024】図2は、本実施形態のセラミックス圧電素
子1の垂直方向における断面を示した説明図である。こ
の断面はドーム状の頂部付近が半径7mmの円弧を成し、
底部付近が半径12.5mmの円弧を成していて、これら
を連続させたものとなっている。FIG. 2 is an explanatory view showing a cross section in the vertical direction of the ceramic piezoelectric element 1 of the present embodiment. This cross section forms an arc with a radius of 7 mm near the top of the dome,
The vicinity of the bottom forms an arc having a radius of 12.5 mm, and these are continuous.
【0025】図3は本実施形態の圧電スピーカの周波数
特性図である。また、比較例として図4は圧電素子の断
面が半径12.5mmの円弧のみから成る圧電スピーカの
周波数特性図である。図4に示す比較例の場合、15kH
z付近で1次共振によるピークと30kHz付近で高次の共
振による鋭いピークが発生している。これに対して、本
実施形態の周波数特性はより平坦であり、広帯域化して
いることが認められる。FIG. 3 is a frequency characteristic diagram of the piezoelectric speaker of this embodiment. As a comparative example, FIG. 4 is a frequency characteristic diagram of a piezoelectric speaker in which the cross section of the piezoelectric element is formed only by an arc having a radius of 12.5 mm. In the case of the comparative example shown in FIG.
A peak due to primary resonance occurs near z and a sharp peak occurs due to higher resonance around 30 kHz. On the other hand, it is recognized that the frequency characteristics of the present embodiment are flatter and the band is broadened.
【0026】尚、本実施形態では図2に示すように、圧
電素子1の断面が2種類の円弧から成るように構成され
ているが、さらに複数の円弧から成るように構成されて
いてもよいのはもちろんである。In this embodiment, as shown in FIG. 2, the cross section of the piezoelectric element 1 is constituted by two kinds of arcs, but may be constituted by a plurality of arcs. Of course.
【0027】[0027]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の圧電スピ
ーカは金属板による共振周波数の影響や振動板の独特の
形状による不都合な振動の発生がないことから、音声の
再生周波数帯域が広帯域となる。As described above, the piezoelectric speaker of the present invention has a wide sound reproduction frequency band because there is no influence of the resonance frequency due to the metal plate and no inconvenient vibration due to the unique shape of the diaphragm. Become.
【0028】特に、互いに異なる半径の球面を組み合わ
せてドーム状の曲面を形成していることから、ドーム状
のセラミックス圧電素子自体が有する共振周波数の影響
を現れにくくしている。In particular, since the dome-shaped curved surface is formed by combining spherical surfaces having different radii, the influence of the resonance frequency of the dome-shaped ceramic piezoelectric element itself is less likely to appear.
【0029】さらに、圧電素子の厚み方向に電圧を印加
することになるため、製造が容易である。また、圧電素
子の振動方向と電圧の印加方向とが直交しているため、
共振周波数を低くすることができる。Further, since a voltage is applied in the thickness direction of the piezoelectric element, manufacturing is easy. Also, since the vibration direction of the piezoelectric element is orthogonal to the voltage application direction,
The resonance frequency can be lowered.
【図1】 本発明に係る圧電スピーカの断面図である。FIG. 1 is a sectional view of a piezoelectric speaker according to the present invention.
【図2】 上記圧電スピーカにおけるセラミックス圧電
素子の断面を示した説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a cross section of a ceramic piezoelectric element in the piezoelectric speaker.
【図3】 本発明に係る圧電スピーカの周波数特性図で
ある。FIG. 3 is a frequency characteristic diagram of the piezoelectric speaker according to the present invention.
【図4】 比較例である圧電スピーカの周波数特性図で
ある。FIG. 4 is a frequency characteristic diagram of a piezoelectric speaker as a comparative example.
【図5】 従来の圧電スピーカの一例を示す概略図であ
る。FIG. 5 is a schematic view showing an example of a conventional piezoelectric speaker.
【図6】 従来の圧電スピーカの他の例を示す概略図で
ある。FIG. 6 is a schematic view showing another example of a conventional piezoelectric speaker.
【図7】 従来の圧電スピーカのさらに他の例を示す概
略図である。FIG. 7 is a schematic diagram showing still another example of a conventional piezoelectric speaker.
1 セラミックス圧電素子 2 フレーム 3 リード線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ceramic piezoelectric element 2 Frame 3 Lead wire
Claims (4)
子に電極を介して通電することにより音波を得ることを
特徴とする圧電スピーカ。1. A piezoelectric speaker characterized in that sound waves are obtained by energizing a ceramic piezoelectric element formed in a dome shape through electrodes.
レームに保持されていることを特徴とする請求項1に記
載の圧電スピーカ。2. The piezoelectric speaker according to claim 1, wherein a peripheral end of the ceramic piezoelectric element is held by a frame.
断面形状はそれぞれ異なった半径を有する複数の円弧を
連続させたものであることを特徴とする請求項1又は請
求項2に記載の圧電スピーカ。3. The piezoelectric speaker according to claim 1, wherein a vertical cross-sectional shape of the ceramic piezoelectric element is formed by connecting a plurality of arcs each having a different radius.
分極処理されると共に、面方向に伸縮可能に構成されて
いることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか
に記載の圧電スピーカ。4. The piezoelectric speaker according to claim 1, wherein the ceramic piezoelectric element is configured to be polarized in a thickness direction and expandable and contractable in a plane direction.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11172187A JP2001008290A (en) | 1999-06-18 | 1999-06-18 | Piezoelectric speaker |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11172187A JP2001008290A (en) | 1999-06-18 | 1999-06-18 | Piezoelectric speaker |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001008290A true JP2001008290A (en) | 2001-01-12 |
Family
ID=15937200
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11172187A Pending JP2001008290A (en) | 1999-06-18 | 1999-06-18 | Piezoelectric speaker |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001008290A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6502662B1 (en) * | 1999-06-16 | 2003-01-07 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Speaker having a hemispherical vibrator |
RU2561341C2 (en) * | 2014-01-17 | 2015-08-27 | Владимир Борисович Комиссаренко | Electroacoustic transducer |
-
1999
- 1999-06-18 JP JP11172187A patent/JP2001008290A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6502662B1 (en) * | 1999-06-16 | 2003-01-07 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Speaker having a hemispherical vibrator |
RU2561341C2 (en) * | 2014-01-17 | 2015-08-27 | Владимир Борисович Комиссаренко | Electroacoustic transducer |
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040316 |
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A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040510 |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040803 |