JP2004147286A

JP2004147286A - 圧電スピーカ

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Publication number: JP2004147286A
Application number: JP2003119594A
Authority: JP
Inventors: Fujihiko Kobayashi; 小林　富士彦
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-08-28
Filing date: 2003-04-24
Publication date: 2004-05-20
Anticipated expiration: 2023-04-24
Also published as: EP1395083A3; US20040042628A1; US7218744B2; EP1395083A2; US20070170816A1; JP4034688B2

Abstract

【課題】広帯域で均一な音圧を確保することが容易に可能であると共に、大音響の信号の再生が可能な圧電スピーカを提供することにある。
【解決手段】印加された電気信号により振動が生じる圧電体１０と、圧電体１０に密着して振動を音響に変換するための圧電振動板１５とを備える圧電スピーカ１において、圧電体１０の振動の中心からの距離に応じて、圧電振動板１５の厚みが異なることを特徴とする。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電体を用いた圧電スピーカに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の圧電スピーカは、真円で印加された電気信号により振動が生じる圧電体と、真円で圧電体に密着して該振動を音響に変換するための圧電振動板とを備えている。そして、圧電振動板の厚みは均一で、圧電体の振動の中心と圧電振動板の中心とが同一になるように、それぞれが張り合わされている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−２２３９５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の圧電スピーカでは、圧電振動板は振動はするものの伸び縮みしない金属性の板材で作られていたため、音圧を上げていくと振動時に圧電振動板の一部にシワ等の歪み生じて振動しない部分が生じたり、不必要な振動が生じてしまい、広帯域で均一な音圧を確保することは困難である。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、広帯域で均一な音圧を確保することが容易に可能であると共に、大音響の信号の再生が可能な圧電スピーカを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の圧電スピーカは、印加された電気信号により振動が生じる圧電体と、圧電体に密着して振動を音響に変換するための圧電振動板とを備える圧電スピーカにおいて、圧電体の振動の中心からの距離に応じて、圧電振動板の厚みが異なることを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の圧電スピーカは、圧電振動板の厚みが、圧電体の振動の中心から距離が離れるに従って薄くなることを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の圧電スピーカは、圧電振動板の厚みが、圧電体と接する周辺部分で均一であることを特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の圧電スピーカは、圧電振動板の厚みが、圧電体と接する部分に比べ、圧電体の周囲が薄いことを特徴とする。
【００１０】
請求項５記載の圧電スピーカは、圧電振動板が任意形状に分割されると共に、圧電体を介して連結されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項６記載の圧電スピーカは、印加された電気信号により振動が生じる圧電体と、圧電体に密着して振動を音響に変換するための圧電振動板とを備える圧電スピーカにおいて、圧電振動板が任意形状に分割される共に、各圧電振動板の厚みが異なることを特徴とする。
【００１２】
請求項７記載の圧電スピーカは、圧電振動板の圧電体とは反対の面に、弾性体を貼付し、各圧電振動板の厚みを均一にすることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。図１は本発明に係る圧電スピーカの例を示す平面図及び右側面図、図２は他の圧電スピーカの例を示す平面図及び右側面図である。図３は中心部と周辺部とで厚みが異なる圧電スピーカの例を示す平面図及び右側面図、図４は図３同様で他の圧電スピーカの例を示す平面図及び右側面図である。図５は、圧電振動板の例を示す断面図である。
【００１４】
図１に示す圧電スピーカ１は、一般家庭の居室でＣＤプレーヤやＭＤプレーヤ等の音響再生装置に接続し、音を発生させるためのスピーカである。圧電スピーカ１は、圧電体１０及び圧電振動板１５とにより構成されている。圧電体１０は、印加された電気信号により機械的な歪みを生じる圧電性磁器を円盤状に成形したものである。圧電振動板１５は金属製の円盤で、圧電体１０よりも面積が大きく形成されている。また、圧電振動板１５の中心部１５ａは、圧電体１０よりわずかに広い面積を有し、圧電振動板１５の外周部分である周辺部１５ｂよりも厚く形成されている。また、周辺部１５ｂは、圧電振動板１５の中心から圧電振動板１５の外周に向かって厚みが徐々に薄くなるように形成されている。そして、圧電振動板１５の中心部１５ａに圧電体１０が貼付され、圧電振動板１５が圧電体１０の機械的な歪みを音響振動に変換している。尚、圧電振動板１５の材質は、例えば、金属系では鉄、銅、黄銅、ステンレス鋼（ＳＵＳ材）、チタン等、炭素系ではカーボングラファイト等、樹脂系ではポリイミド樹脂等であり、その他、これらの材質の表面にボロン等を蒸着した複合材料であってもよく、音響振動を伝搬可能な材質であればよい。
【００１５】
また、他の実施例である図２に示す圧電スピーカ２は、圧電スピーカ１と同様な機能を有しており、圧電体１０及び圧電振動板１６とにより構成されている。圧電振動板１６は金属製の円盤で、圧電体１０よりも面積が大きく形成されている。また、圧電振動板１６の中心部１６ａは、圧電体１０よりわずかに広い面積を有し、圧電振動板１６の外周部分である周辺部１６ｂよりも厚く形成されている。また、周辺部１６ｂは、圧電振動板１６の中心から圧電振動板１６の外周に向かって厚みが徐々に薄くなるように形成されている。特に、中心部１６ａのすぐ外側の周辺部１６ｂは、放物線状に厚みが変化している。尚、圧電振動板１６の材質は、圧電振動板１５と同様である。
【００１６】
また、さらに他の実施例である図３に示す圧電スピーカ３は、圧電スピーカ１と同様な機能を有しており、圧電体１０及び圧電振動板１７とにより構成されている。圧電振動板１７は金属製の円盤で、圧電体１０よりも面積が大きく形成されている。また、圧電振動板１７の中心部１７ａは、圧電体１０と同じ面積を有し、周辺部１７ｂよりも厚く形成されている。そして、圧電振動板１７の中心部１７ａに圧電体１０が貼付され、圧電振動板１７が圧電体１０の機械的な歪みを音響振動に変換している。尚、圧電振動板１７の材質は、圧電振動板１５と同様である。
【００１７】
また、さらに他の実施例である図４に示す圧電スピーカ４は、圧電スピーカ１と同様な機能を有しており、圧電体１０及び圧電振動板１８とにより構成されている。圧電振動板１８は金属製の円盤で、圧電体１０よりも面積が大きく形成されている。また、圧電振動板１８の中心部１８ａは、圧電体１０と同じ面積を有し、周辺部１８ｂよりも厚く形成され、中心部１８ａと周辺部１８ｂとの間は、段階的に厚みが薄くなるように傾斜部１８ｃが設けられている。尚、圧電振動板１８の傾斜部１８ｃは、直線的に厚みが変化するような形状を有しているが、これに限られたものではなく、例えば放物線状に厚いが変化してもよく、厚みが圧電振動板１８の外周に向かって薄くなればよい。そして、圧電振動板１５の中心部１８ａに圧電体１０が貼付され、圧電振動板１８が圧電体１０の機械的な歪みを音響振動に変換している。尚、圧電振動板１８の材質は、圧電振動板１５と同様である。
【００１８】
以上のような圧電スピーカ１〜４では、圧電体１０の振動の中心が圧電振動板１５〜１８の中心に来るように形成されており、振動が圧電振動板１５〜１８の中心から外周方向に向かって伝わる構造を有している。
【００１９】
ここで、従来の圧電スピーカでは、圧電振動板の厚みが均一で、圧電体中央部分の振動による高音域の再生が容易であるのに対し振動面積を必要とする低音域は音圧が低くなり再生しにくかった。そのため、高音域から低音域までの広い音域を再生するには圧電振動板全体を振動させる必要上、圧電振動板の厚さを薄くする必要があった。しかし、音圧を上げるために印加信号を大きくすると、圧電振動板が二次振動、三次振動等の過剰振動を起こしてしまい、音質を汚してしまうことになった。そこで、圧電振動板の二次振動、三次振動等の過剰振動を抑えるために圧電振動板を厚くすると、圧電振動板も堅くなってしまい、圧電振動板全体を振動させにくくなって低音域が出にくくなってしまった。
【００２０】
そこで、圧電スピーカ１〜４に示すように、圧電振動板１５〜１８を厚くしても高音域から低音域まで再生できるように、圧電体１０の周囲の中心部１５ａ〜１８ａを厚くしながら外周に行く程薄くしたり（周辺部１５ｂ、１６ｂ）、中心部１７ａ，１８ａに比べて薄くする（周辺部１７ｂ、１８ｂ）ことにより、印加信号を大きく与えても二次振動、三次振動等の過剰振動を起こしにくく、また圧電振動板１５〜１８全体が振幅するように構成した。また、圧電体１０と接する部分（中心部１５ａ〜１８ａ）の厚みを、周辺部１５ｂ〜１８ｂに比べて厚くすることにより、圧電体１０の振動を確実に圧電振動板１５〜１８で受け止められるようにした。
【００２１】
また、圧電振動板１５，１６の厚さを中心部１５ａ（圧電体１０の振動の中心）から距離が離れるに従って薄く構成してやると、圧電振動板１５，１６の一番薄い部分が外周端となるので、圧電振動板１５，１６が中心から外周端に向かって上下動しやすくなり、圧電振動板１５，１６として全体が振幅しやすくなるので、印加信号を大きく与えても高音域から低音域までの広い音域を得やすくなる。
【００２２】
尚、圧電振動板の厚みは、図１〜図４に示すものに限られず、広帯域で均一な音圧を確保することが可能なものであればよい。具体例としては、図５に示すようなものもある。図５（ａ）の圧電振動板２１は、圧電振動板１５を二枚張り合わせたような構造である。図５（ｂ）の圧電振動板２２は、圧電振動板１５に円錐状の圧電振動板を張り合わせたような構造である。図５（ｃ）の圧電振動板２３は、円錐状で、頂点部分に圧電体１１を貼付している。図５（ｄ）の圧電振動板２４は、円錐状で、底面部分に圧電体１２を貼付している。図５（ｅ）の圧電振動板２５は、円錐状の圧電振動板を二枚張り合わせたような構造である。
【００２３】
また、図６の圧電体の中心と圧電振動板の中心とがずれた圧電スピーカの例を示す平面図及び右側面図に示す圧電スピーカ５は、圧電体１０及び圧電振動板１９の外形形状が真円である。そして、圧電体１０の中心が圧電振動板１９の中心から上右方向に僅かにずれた位置にくるように、圧電体１０が圧電振動板１９に貼付されている。また、圧電振動板１５は、圧電体１０の振動の中心から、放射状に６分割され、それぞれの圧電振動板１９ａ〜１９ｆに分かれている所を、圧電体１０で真円状に保持されている。また、圧電振動板１９は、圧電振動板１９の外周に向かって厚みが徐々に薄くなるように形成されている。
【００２４】
また、図７の径が徐々に増加する偏心円弧を有する圧電スピーカの例を示す平面図及び右側面図に示す圧電スピーカ６は、外周が径が徐々に増加し最長径端と最短径端とが所定の俯角を有する偏心円弧を形成する圧電振動板２０ａ〜２０ｉと、最長径端と最短径端とを連結する補助可動領域を形成する圧電振動板２０ｊとにより形成されている。具体的には、圧電振動板２０ａの半径がもっとも短く、圧電振動板２０ｉに向かってその半径が徐々に長くなっている。それぞれの圧電振動板２０ａ〜２０ｊは、放射状に分割されており、圧電体１０により円盤状に連結されている。また、圧電振動板２０ａ〜２０ｊは、圧電振動板２０ａ〜２０ｊの外周に向かって厚みが徐々に薄くなるように形成されている。
【００２５】
このような圧電スピーカ５，６では、圧電スピーカ１，２と同様に、圧電振動板の外周に向かって厚みが徐々に薄くなるようにすることにより、広帯域で均一な音圧を確保することが可能である。そして、さらに、圧電振動板が分割されていることで、歪みが生じにくいと共に、圧電体１０の中心から効率的に振動が圧電振動板の外周方向に伝えられるため、広帯域で均一な音圧を確保することが可能である。また、圧電スピーカ６では、振動の中心から外周までの長さが均一ではなく、共振点の数を多く持たせることができることから、特定の周波数において音圧が著しく増大したり低下することなく広帯域で均一な音圧を確保することが可能である。
【００２６】
また、図８に示す圧電スピーカ７では、圧電スピーカ５と同様に、圧電体１０及び圧電振動板２７の外形形状が真円である。そして、圧電体１３の中心が圧電振動板２７の中心から右方向に僅かにずれた位置にくるように、圧電体１３が圧電振動板２７に貼付されている。また、圧電振動板２７は、圧電体１３の振動の中心から、放射状に６分割され、それぞれの圧電振動板２７ａ〜２７ｆに分かれている所を、圧電体１０で真円状に保持されている。
【００２７】
また、各圧電振動板２７ａ〜２７ｆは、それぞれの厚みが異なるように形成されている（図８（ｂ））。また、圧電振動板２７ａ〜２７ｆの厚みが異なると、圧電体１３とは反対の面に凹凸が生じてしまうため、厚みを補って平らにするために弾性体３０が薄い例えば圧電振動板２７ｅに貼付されている。このように、圧電振動板の厚みを均一にすることにより、各圧電振動板の強度を一律にすることができ強度の向上が図られる。また、圧電振動板２７ａ〜２７ｆの厚みをそれぞれ変えることにより、各圧電振動板が再生する周波数の振動の大きさを調整でき、広帯域で均一な音圧を確保することが容易に可能であると共に、大音響の信号の再生が可能である。
【００２８】
尚、弾性体３０としては、音響振動を効率よく伝搬させるため、弾性率が大きく軽量のものがよく、振動に対する内部損失が小さく音響振動の振動伝搬速度が大きいものが適している。具体的には、弾性ゴム、ポリ塩化ビニル、セルロース繊維紙、ポリアセタール繊維シート、炭素繊維シート、ケプラー繊維シート、弾性ポリエチレン、弾性ポリエステル等が使用可能である。
【００２９】
また、図８（ｃ）に示すように、１枚の弾性体で構成するのではなく、複数の弾性体３１，３２を張り合わせてもよく、また、弾性体３１，３２の外周を階段状又はスロープ状に末広がりな構造にしてもよい。
【００３０】
また、図９に示すように、大きさの異なる円盤を複数枚積み重ねて一枚の圧電振動板としてもよい。図９に示す例では、圧電振動板２８は、径の異なる円盤を６枚積み重ねたもので、上の５枚は真円で中心を同一にして積み重ね、一番下の円盤２８ａは、真円であるが上の５枚とは中心をずらしている。また、一番上の円盤２８ｂの上に、真円の圧電体１４が貼り合わせてある。圧電体１４を貼り合わせる位置は、圧電体１４の振動の中心と円盤２８ｂの中心とが一致するところである。そして、上から下に向かって円盤の径を大きくしていることから、圧電振動板２８の厚みが、圧電体１４の振動の中心から距離が離れるに従って薄くなっている。また、圧電振動板２８は、圧電体１４の振動の中心から、放射状に伸びる６本のスリットを有している。
【００３１】
図１０は、図９の圧電スピーカ８の音圧特性を示すグラフである。この圧電スピーカ８の具体的な大きさは、円盤２８ａの直径が１００ｍｍで、各円盤の直径は、上から５０ｍｍ、５６ｍｍ、６２ｍｍ、６８ｍｍ、７４ｍｍである。また、円盤は、いずれも厚み約０．１ｍｍのステンレス製である。また、圧電体１４の直径は、５０ｍｍである。図１０で明らかなように、圧電スピーカ８の音圧特性は、広帯域で均一である。従来の圧電スピーカで、広帯域で均一な音圧を確保することが困難であったことに鑑みれば、圧電体１４の振動の中心からの距離に応じて、圧電振動板２８の厚みが異なるように形成することにより、距離に応じた周波数の振動の大きさが調整され、広帯域で均一な音圧を確保することが可能となったことは明らかである。
【００３２】
また、図９の圧電スピーカ８のように、径の異なる円盤を複数枚積み重ねることにより、圧電振動板２８の厚みを容易に変えることができる。また、それぞれの円盤の厚みを変えることにより、任意の組み合わせで最適な圧電振動板の形状を容易に設定できる。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、圧電体の振動の中心からの距離に応じて、圧電振動板の厚みが異なるように形成することにより、該距離に応じた周波数の振動の大きさを調整でき、広帯域で均一な音圧を確保することが容易に可能であると共に、大音響の信号の再生が可能である。
【００３４】
請求項２の発明によれば、圧電振動板の厚みを圧電体の振動の中心から距離が離れるに従って薄くすることにより、圧電振動板が中心から外周方向に向かって振動しやすくなり、圧電振動板が全体として振動しやすくなるので広帯域で均一な音圧を確保することが可能である。
【００３５】
請求項３の発明によれば、圧電振動板の厚みが、圧電体と接する周辺部分で均一であることから、圧電体の振動を均一に圧電振動板で受け止めることが可能となり、広帯域で均一な音圧を確保することが可能である。
【００３６】
請求項４の発明によれば、圧電振動板の厚みを、圧電体と接する部分に比べ圧電体の周囲を薄くすることにより、圧電体の振動を確実に圧電振動板で受け止めつつ、周囲が薄いことで振動しやすく広帯域で均一な音圧を確保することが可能である。
【００３７】
請求項５の発明によれば、圧電振動板が任意形状に分割されると共に、圧電体を介して連結されていることから、圧電振動板に歪みが生じにくく、より一層容易に広帯域で均一な音圧を確保することが可能である。
【００３８】
請求項６の発明によれば、任意形状に分割された圧電振動板の厚みを変えることにより、各圧電振動板が再生する周波数の振動の大きさを調整でき、広帯域で均一な音圧を確保することが容易に可能であると共に、大音響の信号の再生が可能である。
【００３９】
請求項７の発明によれば、圧電振動板に弾性体を貼付し、各圧電振動板の厚みを均一にすることにより、各圧電振動板の強度を一律にすることができ強度の向上が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る圧電スピーカの例を示す平面図及び右側面図である。
【図２】他の圧電スピーカの例を示す平面図及び右側面図である。
【図３】中心部と周辺部とで厚みが異なる圧電スピーカの例を示す平面図及び右側面図である。
【図４】図３同様で他の圧電スピーカの例を示す平面図及び右側面図である。
【図５】圧電振動板の例を示す断面図である。
【図６】圧電体の中心と圧電振動板の中心とがずれた圧電スピーカの例を示す平面図及び右側面図である。
【図７】径が徐々に増加する偏心円弧を有する圧電スピーカの例を示す平面図及び右側面図である。
【図８】圧電体の中心と圧電振動板の中心とがずれた圧電スピーカの他の例を示す平面図及び断面図である。
【図９】径の異なる複数の圧電振動板を重ね合わせた中心部と周辺部とで厚みが異なる圧電スピーカの例を示す平面図及び右側面図である。
【図１０】図９の圧電スピーカの音圧特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１〜８・・・・・圧電スピーカ
１０〜１４・・・圧電体
１５〜２８・・・圧電振動板
３０〜３２・・・弾性体

Claims

印加された電気信号により振動が生じる圧電体と、該圧電体に密着して該振動を音響に変換するための圧電振動板とを備える圧電スピーカにおいて、
該圧電体の振動の中心からの距離に応じて、該圧電振動板の厚みが異なることを特徴とする圧電スピーカ。
前記圧電振動板の厚みが、該圧電体の振動の中心から距離が離れるに従って薄くなることを特徴とする請求項１記載の圧電スピーカ。
前記圧電振動板の厚みが、該圧電体と接する周辺部分で均一であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の圧電スピーカ。
前記圧電振動板の厚みが、該圧電体と接する部分に比べ、該圧電体の周囲が薄いことを特徴とする請求項１記載の圧電スピーカ。
前記圧電振動板が任意形状に分割されると共に、前記圧電体を介して連結されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の圧電スピーカ。
印加された電気信号により振動が生じる圧電体と、該圧電体に密着して該振動を音響に変換するための圧電振動板とを備える圧電スピーカにおいて、
該圧電振動板が任意形状に分割される共に、各圧電振動板の厚みが異なることを特徴とする圧電スピーカ。
前記圧電振動板の前記圧電体とは反対の面に、弾性体を貼付し、該各圧電振動板の厚みを均一にすることを特徴とする請求項６記載の圧電スピーカ。