JP2001339791A

JP2001339791A - 圧電音響装置

Info

Publication number: JP2001339791A
Application number: JP2000155606A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Watabe; 嘉幸渡部; Yasuyuki Inomata; 康之猪又; Shigeo Ishii; 茂雄石井; Hiroshi Kishi; 弘志岸
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2000-05-26
Filing date: 2000-05-26
Publication date: 2001-12-07

Abstract

(57)【要約】【課題】圧電振動子１の大きな変位を妨げることな
く、かつその周辺部での機械的な歪が少なく、これによ
って音圧レベルと音質とを共に向上させる。【解決手段】圧電振動子１の振動板１１の周辺部をケ
ース３に支持するに当たり、その振動板１１の径方向及
び厚み方向の双方に変位可能に支持し、振動板１１の振
動時におけるその周辺部での歪の発生を抑え、同時に振
動板１の圧電素子１２の屈曲振動を振動板１１に忠実に
反映できるようにする。そのために、板状部材からなる
と共に、その内周部２１と外周部２２との間に、厚み方
向に湾曲した湾曲部２３を有する支持部材２を使用す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電振動子を用い、音
を発する圧電音響装置に関し、特に音圧レベルが高い圧
電スピーカと呼ばれるタイプのものであって、音圧レベ
ル及び音質を向上した圧電音響装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来における圧電音響装置は、円板状の
圧電セラミクス板の両面に電極を施してなる圧電素子を
金属円板からなる振動板に貼り付けた圧電振動子を使用
する。前記圧電素子の電極間に駆動電圧を印加し、この
駆動電圧方向と直行する方向の変位を径方向の伸縮とし
て取り出し、かつその伸縮により振動板に撓みを起こす
ことで圧電振動子を振動させることにより、音響的に有
効な振動を取り出す。

【０００３】ユニモルフやバイモルフなどの圧電振動子
の屈曲振動は、振動板の径方向への支持が固定され、か
つ振動板の屈曲振動を阻害しないように振動板の周辺を
ピン支持するのが理想的であるとされている。しかし現
実には、振動板の周辺部を弾性接着剤などで柔軟に固定
し、ピン支持に近い状態をつくることが一般的であっ
た。

【０００４】このような考え方は、かつて圧電素子の生
産技術が、例えば厚み５０μｍ程度が限界とされ、それ
以下の厚さの圧電素子の製造は不可能とされていた時
期、すなわち圧電素子は大きな変位を出せないと考えら
れていた時期に提案された手段である。ところが近年の
セラミクス技術はグリーンシート化技術が著しく向上
し、圧電素子も単板で２０μｍのものが製造可能とな
り、さらには複数層の圧電素子を積層化する技術等も実
用可能なレベルにまで到達している。これにより、圧電
振動子もかつての時期よりはかなり大きな変位量が得ら
れるようになってきた。

【０００５】ところが、このような圧電振動子の大変位
の流れの中で、周辺支持部に関する見直しは甘く、従来
通り振動板の外周を弾性体で固定する方法以外に実用化
されてはいない。圧電振動子を大変位駆動させた場合、
振動板の外周部には大きな応力が生じる。この応力が機
械的な歪を招き、音響的な歪として音質の低下を招く。

【０００６】

【発明が解決しようとしている課題】一般的な圧電振動
子の支持部材は、上述のように圧電素子の径振動を屈曲
振動に変換させて、その変位を空気の粗密波として取り
出すことで音に変換している。またその圧電素子の屈曲
変位量は駆動電圧を大きくしたり、圧電素子の径を大き
くすることで増大できることは既知の事実である。

【０００７】ところが圧電振動子を大変位化させると振
動体周辺部での応力が増大し、これに伴い大きな機械的
な歪を生じるため、この歪が音響釣な歪となって現れ、
著しく音質の低下を招いてしまう。よって、圧電振動子
の大変位駆動時の歪を低減することが、高音質を得るた
めの圧電音響装置の次世代に対する課題と言える。

【０００８】本発明は、前記従来の圧電音響装置におけ
る課題に鑑み、圧電振動子の大きな変位を妨げることな
く、かつその周辺部での機械的な歪が少なく、これによ
って音圧レベルと音質とを共に向上させることが可能な
圧電音響装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記のような
目的を達成するため、圧電振動子１の振動板１１の周辺
部をケース３に支持するに当たり、その振動板１１の径
方向及び厚み方向の双方に変位可能に支持し、振動板１
１の振動時におけるその周辺部での歪の発生を抑え、同
時に振動板１の圧電素子１２の屈曲振動を振動板１１に
忠実に反映できるようにしたものである。そのために、
板状部材からなると共に、その内周部２１と外周部２２
との間に、厚み方向に湾曲した湾曲部２３を有する支持
部材２を使用した。

【００１０】本発明による圧電音響装置は、ケース３
と、このケース３の中に収納され、同ケース３の内周面
に周辺部が支持された圧電振動子１とを備えるものであ
って、前記圧電振動子１の周辺部がリング状の支持部材
２の内周部２１に固定され、この支持部材２の外周部２
２がケース３の周壁３２に固定されており、支持部材２
は、板状部材からなると共に、その内周部２１と外周部
２２との間に、厚み方向に湾曲した湾曲部２３を有す
る。

【００１１】このような圧電音響装置において、圧電振
動子１が振動したとき、その撓みにより、圧電振動子１
の周辺部ではその径方向と厚さ方向の双方に変位が生じ
る。このとき、前記のようにして、板状で且つリング状
の支持部材２の内周部２１と外周部２２との間に、厚み
方向に湾曲した湾曲部２３を設けることにより、圧電振
動子１の周辺部を支持する支持部材２の内周部２１は、
支持部材２をケース３に固定した外周部２２に対し、圧
電振動子１の径方向及び厚み方向の双方に変位が生じ
る。このため、圧電振動子１の振動時に、その圧電振動
子１の周辺部に過大な歪を生じない。また、支持部を上
述のようにルーズな形態にすることで振動体の機械的Ｑ
も低減され、周波数特性がブロードなものになるという
効果もある。

【００１２】この作用を理解しやすくするため、仮に板
状で且つリング状の支持部材であって、湾曲部を有しな
い支持部材で圧電振動子１を支持した状態を考えてみ
る。この場合、圧電振動子１が振動したとき、その周辺
部を支持する支持部材の内周部は、ケースに固定された
外周部に対して、圧電振動子１の径方向には殆ど変位を
許容されないが、厚さ方向に多大な変位が許容される。
このため、圧電振動子１の屈曲振動に伴うその周辺部の
径方向の動きが著しく制限される一方で、厚み方向にの
み変位することになる。これにより、駆動電圧の印加に
伴う圧電素子１２の振動が正しく振動板１１に反映され
ない。そして、圧電振動子１の振動時にその周辺部の応
力が大きくなり、多大な歪が生じる。このため、音質特
性の低下を招く。

【００１３】これに対し、本発明による圧電音響装置で
は、圧電振動子１の振動時に、支持部材２の内周部２１
と周辺部２２との間にある屈曲部２３の曲がりと伸びに
より、支持部材２の内周部２１が圧電振動子１の径方向
に変位するのを許容する。一方で、前記屈曲部２３を設
けることにより、支持部材２の断面係数が増大し、その
内周部２１が固定側である外周部２２に対して圧電振動
子１の厚み方向には変位し難くなる。このため、圧電振
動子１の外周部における厚さ方向の過度の変位が抑えら
れ、その径方向と厚さ方向の変位がバランス良く配分さ
れる。これによって、駆動電圧の印加に伴う圧電素子１
２の振動が正しく振動板１１に反映される。これによ
り、音圧レベル及び音質共に向上を図ることができる。

【００１４】圧電振動子１の振動は基本的には厚み方向
の屈曲振動であり、圧電振動子１の周辺部の径方向の変
位は、圧電振動子１の厚み方向の変位に伴って二次的に
発生する変位である。このため、支持部材２の内周部２
１の外周部２２に対する径方向の変位Δｘは、厚み方向
の変位より小さい方が望ましい。圧電振動子１の厚み方
向の変位に対し、圧電振動子１の周辺部の径方向の変位
を過度に許容すると、双方向の変位のバランスが悪くな
り、却って音質を悪化させる原因となるからである。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、図面を参照しながら、本発
明の実施の形態について、具体的且つ詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態による圧電音響装置の基本
的な構成部材を示し、図２は同圧電音響装置における圧
電振動子の周辺部の支持構造を示す要部縦断側面図であ
る。この圧電音響装置は、圧電振動子と支持部材２とケ
ース３とからなる。

【００１６】圧電振動子１は、円形フィルム状の圧電セ
ラミクスの両面をメタライズして電極とした圧電素子１
２と、金属円板からなる振動板１１とを有し、この振動
板１１に前記の圧電素子１２の片面の電極を導通状態で
貼り付けたものである。圧電素子１２は、厚さ方向に分
極されている。

【００１７】この圧電素子１２を振動板１１の片主面に
貼り付けたものがユニモルフ型圧電振動子であり、圧電
素子１２を振動板１１の両主面に貼り付けたものがバイ
モルフ型圧電振動子である。図１と図２では、ユニモル
フ型圧電振動子を使用しているが、ユニモルフ型圧電振
動子１を使用することもできる。

【００１８】支持部材２は、板状であって、且つリング
状のものであり、例えば、プラスチック、グラファイト
の成型品からなるものが好ましい。この支持部材２の内
径は、圧電振動子１の振動板１１の径より小さく、その
外径は、後述するケース３の周壁３２の段部３３の内径
より大きい。

【００１９】この支持部材２の内周部２１と外周部２２
は、平坦であるが、その間の部分は、断面が横Ｓ字形に
湾曲しており、湾曲部２３となっている。この湾曲部２
３は部分円筒面に沿って湾曲しており、図２に示す湾曲
部２３の曲率は、支持部材２の内周部２１と外周部２２
とにわたって一定である。また、この支持部材２の径方
向断面形状は、その全周にわたって均一である。

【００２０】ケース３は、円形状の背面壁３１と、この
背面壁３１の周囲から起立した周壁３２とを有し、周壁
３２の中間部には、その全周にわたって段部３３が形成
されている。前述した通り、この段部３３の内径は、前
記支持部材２の外径より小さく、且つこの段部３３の外
径は前記支持部材２の外径よりやや大きい。

【００２１】このような構成部材を有する圧電音響装置
は、まず支持部材２の内周部２１の上に圧電振動子１の
振動板１１の外周部を載せ、シリコーン接着剤等の弾性
接着剤で接着する。さらに、このようにして圧電振動子
１とこれを搭載した支持部材２の外周部２２をケース３
に挿入し、支持部材２の外周部２２を段部３３の上に載
せる。そして、支持部材２の外周部２２をシリコーン接
着剤等の弾性接着剤でケース３の段部３３に接着する。
或いは、支持部材２の周辺部をケース３の段部の３３の
上に接着した後、支持部材２の内周部２１に圧電振動子
１の振動板１１の外周部を接着してもよい。また、上記
実施例では接着剤として、弾性接着剤を用いたが、これ
は前述の周波数特性の広帯域化をより効果的にねらった
ものであり、歪の低減を目的とした場合には接着剤とし
て、エポキシ系樹脂などの固い接着剤を用いることもで
きる。

【００２２】このような圧電音響装置において、圧電振
動子１が振動したとき、その撓みに伴い、支持部材２の
内周部２１が、図３に矢印で示すように力Ｆを受ける。
このとき、支持部材２１は、湾曲部２３を有するため、
この湾曲部２３が前記の力Ｆを受けて変形し、支持部材
１の内周部２１が、固定側である外周部２２に対し、そ
れぞれ上下方向及び横方向、すなわち圧電振動子１の厚
み方向と径方向にΔｙ、Δｘだけ変位する。湾曲部２３
は、この上下方向及び横方向の変位Δｙ、Δｘの何れを
も許容する。

【００２３】これに対して、図４に示すような平板状で
あって且つリング状の支持部材２’に圧電振動子１の振
動板１１の周辺部を固定した場合と比較する。この場
合、支持部材２’の外周部に対する内周部の横方向の変
位Δｘは、支持部材２’の圧縮歪に相当するだけのごく
僅かの変位だけが許容される。これは殆ど無視される程
度の変位で、近似的に０である。これに対し、支持部材
２’は、平板状であるため、その断面係数は極めて小さ
く、その上下方向の変位Δｙは最大限に許容される。

【００２４】圧電振動子１の振動は基本的には厚み方向
の屈曲振動であり、圧電振動子１の周辺部の径方向の変
位Δｘは、圧電振動子１の厚み方向の変位Δｙに伴って
二次的に発生する変位である。このため、図２に示す本
発明の実施形態による圧電音響装置において、前記の屈
曲部２３を有する支持部材２の内周部２１の外周部２２
に対する径方向の変位Δｘは、厚み方向の変位Δｙより
小さい方が望ましい。

【００２５】図３はこの関係を模式的に示したグラフで
ある。仮に振動板１１の振動により、支持部材２の内周
部２１が受ける力Ｆが図２に示すように４５゜方向に作
用し、力Ｆが圧電振動子１の厚さ方向と径方向の双方に
等しく作用しようとしたとき、力Ｆに対する支持部材２
の内周部２１の変位は、Δｙ＞＞Δｘ＞０という関係が
成り立つのが好ましい。

【００２６】図５は、φ２０の圧電振動子１を使用し、
前記のような支持部材２でケース３に収納した本発明に
よる圧電音響装置と、同じ圧電振動子１を使用し、その
周辺部を弾性接着剤でケースの周壁に接着した従来の圧
電音響装置との周波数−音圧特性の例を示したグラフで
ある。前者の実施例を実線で、後者の比較例を破線で示
している。この図５から明らかな通り、本発明の実施例
では、３００Ｈｚから３ｋＨｚの実用周波数帯域におい
て比較例に比べて高い音圧レベルが得られていることが
わかる。

【００２７】図６は、同様の圧電音響装置について周波
数−歪率特性の例を示したグラフである。やはり、前者
の実施例を実線で、後者の比較例を破線で示している。
この図６から明らかな通り、本発明の実施例では、１ｋ
Ｈｚ以下の比較的低い周波数帯域において比較例に比べ
て極めて小さな歪率が得られていることがわかる。これ
により、低音歪の無い優れた音響特性が得られる。

【００２８】図７は、前記支持部材２の断面形状の例を
示す。（Ａ）と（Ｃ）は、前記の横Ｓ字形の湾曲部２３
を有するものと基本的に同じで、内周部２１と外周部２
２に対して上下に湾曲した湾曲部２３を有する。その湾
曲部２３の形状が異なっている。図７の（Ｂ）、（Ｅ）
及び（Ｆ）は基本的に同じで、内周部２１と外周部２２
に対して上側にのみ湾曲した湾曲部２３を有する。それ
らの湾曲部２３の形状が異なっている。図７の（Ｄ）と
（Ｇ）は基本的に同じで、内周部２１と外周部２２に対
して上側または下側にそれぞれ２箇所で湾曲した湾曲部
２３を有する。図７の（Ｄ）を上下逆にすると図７の
（Ｇ）と同様になる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明による圧電音
響装置では、圧電素子１２に印加した駆動信号により圧
電素子１２で発生する振動を振動板１１に忠実に再現で
きると共に、圧電振動子１の歪を小さくすることが出来
る。これにより、音圧レベル及び音質共に優れた圧電音
響装置が得られる。本発明による圧電音響装置は、特に
大きな音圧を発生する圧電スピーカに適用するのに好適
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による圧電音響装置の構成
部材を示す半断面分解斜視図である。

【図２】同実施形態による圧電音響装置の圧電振動子の
周辺部の支持構造を示す要部縦断側面図である。

【図３】同実施形態による圧電音響装置の圧電振動子の
周辺部を支持する支持部材の内周部の径方向と厚さ方向
の振動の関係を模式的に示すグラフである。

【図４】同実施形態による圧電音響装置の圧電振動子の
周辺部の支持構造と比較すべき支持構造を示す要部縦断
側面図である。

【図５】本発明の実施例による圧電音響装置とそれと対
比すべき比較例の周波数−音圧特性を示すグラフであ
る。

【図６】本発明の実施例による圧電音響装置とそれと対
比すべき比較例の周波数−歪み率特性を示すグラフであ
る。

【図７】本発明の実施形態による圧電音響装置の支持部
材の他の例を示す断面形状図である。

【符号の説明】

１圧電振動子２支持部材３ケース２１支持部材の内周部２２支持部材の外周部２３支持部材の湾曲部３２ケースの周壁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石井茂雄東京都台東区上野６丁目16番20号太陽誘電株式会社内 (72)発明者岸弘志東京都台東区上野６丁目16番20号太陽誘電株式会社内Ｆターム(参考） 5D004 AA01 BB01 CC04 CC06 DD01 FF09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ケース（３）と、このケース（３）の中
に収納され、同ケース（３）の内周面に周辺部が支持さ
れた圧電振動子（１）とを備える圧電音響装置におい
て、前記圧電振動子（１）の周辺部がリング状の支持部
材（２）の内周部（２１）に固定され、この支持部材
（２）の外周部（２２）がケース（３）の周壁（３２）
に固定されており、支持部材（２）は、板状部材からな
ると共に、その内周部（２１）と外周部（２２）との間
に、厚み方向に湾曲した湾曲部（２３）を有することを
特徴とする圧電音響装置。
【請求項２】ケース（３）と、このケース（３）の中
に収納され、同ケース（３）の内周面に周辺部が支持さ
れた圧電振動子（１）とを備える圧電音響装置におい
て、前記圧電振動子（１）の周辺部がリング状の支持部
材（２）の内周部（２１）に固定され、この支持部材
（２）の外周部（２２）がケース（３）の周壁（３２）
に固定されており、支持部材（２）は、その内周部（２
１）が外周部（２２）に対し、圧電振動子（１）の径方
向及び厚み方向の双方に変位が生じるものであることを
特徴とする圧電音響装置。
【請求項３】支持部材（２）の内周部（２１）の外周
部（２２）に対する径方向の変位（Δｘ）は厚み方向の
変位（Δｙ）より小さいことを特徴とする請求項１また
は２に記載の圧電音響装置。