JP2008158103A - 圧電ブザー - Google Patents

Abstract

【課題】 耐久性が向上した圧電ブザーを提供する。
【解決手段】 環形状の固定リング２と、それぞれ弾性を有する材料からなり固定リング２に固着されて互いに対向し固定リング２の内周面との間に空洞を形成する２枚のフィルム３と、それぞれ電歪効果により変形する圧電素子５が両面にそれぞれ固着され一方ずつのフィルム３のそれぞれ内側の面に固着された２枚の振動板４とからなる振動ブロック１を備える。振動ブロック１は、固定リング２においてボディ６１に接着固定されている。振動ブロック１をフィルム３においてボディ６１に固定する場合に比べ、耐久性が向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電ブザーに関するものである。

従来から、図１０（ａ）（ｂ）に示すように電圧をかけたときに電歪効果によって矢印で示すように電圧の向きに応じた向きの歪みが生じる圧電素子５を用いた圧電ブザーが提供され、警報器などに用いられている（例えば、特許文献１参照）。圧電素子５はセラミックからなるものが一般的である。大きな音圧を得るために、圧電素子５は扁平な形状のものを図１１に示すように例えば金属のような弾性を有する導電材料からなる扁平な振動板４の一面又は両面に重ねて固着して用いられる。図１１の例では振動板４の両面にそれぞれ圧電素子５が固着され、振動板４の一方の圧電素子５が面積を拡張する方向に歪むときには他方の圧電素子５は面積を縮める方向に歪むように圧電素子５の向きと通電方向とがそれぞれ選択されており、各圧電素子５と振動板４との間に交流電圧を加えると破線で示すように振動板４が振動して音が発生する。

この種の圧電ブザーとして、例えば図１２及び図１３に示すものがある。以下、上下方向は図を基準としてこの従来例について詳しく説明する。

この圧電ブザーでは、両面の中央部にそれぞれ薄い円板形状の圧電素子５が固着された薄い円板形状の振動板４を２枚用いている。各振動板４は、それぞれ、例えば合成樹脂のような弾性を有する材料からなる扁平な有底円筒形状のフィルム３の内底面に固着されている。各フィルム３にはそれぞれ内径が振動板４よりも僅かに大きい円形状の凹部を形成するように外向きに膨出した収納部３２が中央部に設けられており、各振動板４はそれぞれ収納部３２の内底面に固着されている。さらに、収納部３２の中央部には、振動板４との間に密封された空間を構成するように外向きに円錐台形状に膨出した膨出部３１が設けられている。フィルム３は、膨出部３１内の空気や振動板４を介して圧電素子５の力を受けて振動するものである。このようなフィルム３を設けると、膨出部３１内の空気を伝わった振動と振動板４との連結部から伝わった振動とがフィルム３において重畳することにより音量が増大する。特に低音域では、振動ブロック１において振動する面積が広くなることによる効果もあって、フィルム３による音量増大の効果が大きい。また、フィルム３で密封されることにより圧電素子５が保護されるから、防水性も向上している。

各フィルム３は内底面同士を対向させる向きで例えば嵌合によって互いに結合し、全体として中空の円板形状を構成している。さらに、フィルム３を機械的に補強するために例えば金属からなり上方から見て各フィルム３をそれぞれ囲む円環形状の固定リング２が取り付けられ、ここにおいて振動ブロック１が構成されている。振動板４同士は間に隙間を空けて互いに対向しており、振動ブロック１内の空間は２枚の振動板４によって３つに仕切られた形となっている。

上記振動ブロック１は、振動ブロック１を上下から挟む形で互いに結合するボディ６１とカバー６２とからなるハウジング６に収納される。

振動ブロック１は、下側のフィルム３の下面がボディ６１の上面に接着されることにより、ハウジング６に対する変位を制限されていた。
特開昭５５−５７１７６号公報

ところで、フィルム３は上記のように膨出部３１内の空気から振動が伝わるものであるため、振動板４に比べて振動しやすくするために薄肉に形成された結果として機械的強度が低くなっている。上記従来例では、振動板４がフィルム３においてボディ６１に保持されているため、鳴動時に下側のフィルム３に機械的負荷がかかるから耐久性が低く、フィルム３が耐えうる音量の限界が低くなっていた。また、フィルム３に収納部３２が設けられていることにより、収納部３２の端部の段差に応力が集中しやすいため、さらに耐久性が低くなっていた。

本発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、耐久性を向上した圧電ブザーを提供することにある。

請求項１の発明は、環形状の固定リングと、それぞれ弾性を有する材料からなり固定リングに固着されて互いに対向し固定リングの内周面との間に空洞を形成する２枚のフィルムと、それぞれ電歪効果により変形する圧電素子が少なくとも一面に固着され一方ずつのフィルムのそれぞれ内側の面に固着された２枚の振動板とからなる振動ブロックと、振動ブロックが固定されたボディと、ボディに機械的に結合して振動ブロックを覆うカバーとを備え、振動ブロックは、固定リングにおいてボディに固定されていることを特徴とする。

この発明によれば、振動ブロックをフィルムにおいてボディに固定する場合に比べて耐久性が向上する。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、固定リングはボディに接着されており、ボディにおいて固定リングが接着される面には、固定リングを接着する接着剤が溜まる接着凹部が設けられていることを特徴とする。

この発明によれば、接着凹部を設けない場合に比べてボディへの固定リングの接着が容易となる。

請求項３の発明は、環形状の固定リングと、それぞれ弾性を有する材料からなり固定リングに固着されて互いに対向し固定リングの内周面との間に空洞を形成する２枚のフィルムと、それぞれ電歪効果により変形する圧電素子が少なくとも一面に固着され一方ずつのフィルムのそれぞれ内側の面に固着された２枚の振動板とからなる振動ブロックと、振動ブロックを間に挟む形で互いに結合するボディとカバーとからなり固定リングに当接することによって振動ブロックの可動範囲を制限するハウジングを備えることを特徴とする。

この発明によれば、ハウジングがフィルムに当接することによって振動ブロックの可動範囲を制限する場合に比べ、耐久性が向上する。

請求項４の発明は、請求項３の発明において、ボディとカバーとの少なくとも一方と固定リングとには互いに凹凸係合する位置決め部がそれぞれ設けられ、位置決め部同士の凹凸係合によりハウジングに対する固定リングの回転が制限されていることを特徴とする。

この発明によれば、振動ブロックの運動のうち音量に寄与しない運動である回転運動が制限される。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかの発明において、ボディとカバーとはカシメにより互いに結合していることを特徴とする。

この発明によれば、ボディとカバーとを接着によって互いに結合させる場合に比べ、ボディとカバーとの結合を短時間で行うことができる。

請求項１の発明は、振動ブロックが固定リングにおいてボディに固定されるので、振動ブロックのフィルムがボディに固定される場合に比べ、耐久性を向上することができる。

請求項２の発明は、固定リングを接着する接着剤が溜まる接着凹部がボディに設けられているので、ボディへの固定リングの接着が容易となる。

請求項３の発明は、振動ブロックのハウジングに対する可動範囲が固定リングへの当接によって制限されるので、振動ブロックのハウジングに対する可動範囲がフィルムへの当接によって制限される場合に比べ、耐久性を向上することができる。

請求項４の発明は、ボディとカバーとの少なくとも一方と固定リングとに互いに凹凸係合する位置決め部を設けたので、振動ブロックの運動のうち音量に寄与しない運動である回転運動が制限される。

請求項５の発明は、ボディとカバーとがカシメにより互いに結合しているので、ボディとカバーとを接着によって互いに結合させる場合に比べ、ボディとカバーとの結合を短時間で行うことができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施形態１）
本実施形態の基本構成は従来例と共通であるので、共通する部分については同じ符号を付して説明を省略する。

本実施形態は、図１〜図４に示すように、例えば金属からなる円環形状の固定リング２と、例えば合成樹脂のような弾性を有する材料からなり薄い円板形状であって固定リング２の一方ずつの開口をそれぞれ閉塞する形で固定リング２に固着され間に隙間を空けて互いに対向する２枚のフィルム３と、例えば金属のような弾性を有する導電材料からなり薄い円板形状であって各フィルム３の対向面にそれぞれ固着された振動板４と、それぞれ薄い円板形状の圧電セラミックからなり振動板４の表裏両面のそれぞれ中央部に一枚ずつ固着された計４枚の圧電素子５とからなる振動ブロック１を備える。振動板４と圧電素子５との固着、振動板４とフィルム３との固着、フィルム３と固定リング２との固着にはそれぞれ例えば接着剤が用いられており、振動板４や圧電素子５に接続される電線（図示せず）はこの接着剤の層を通して引き出される。各フィルム３はそれぞれ振動板４の全周において固定リング２に固着されており、これによって圧電素子２は密封されている。なお、フィルム３を固定リング２に接着する際や振動板４をフィルム３に接着する際に、密封される空間の気圧が接着剤の反応熱等によって変化することで該空間の内外に連通する穴が接着剤の層に開いてしまう可能性がある場合であって、該空間を確実に密封したい場合には、該空間の内外に連通する空気穴（図示せず）を予めフィルム３に貫設しておき、この空気穴を接着後に閉塞するとよい。

上下方向は図１を基準として各部の形状について詳しく説明すると、各フィルム３の中央部には、それぞれ上下方向の外向きに円錐台形状に膨出して振動板４との間に密閉された空洞を形成する膨出部３１が設けられており、振動板３の上下のうち外側の面に固着された圧電素子５は上記空洞に収納されている。

固定リング２の上下両面には、それぞれ、内径がフィルム３の外径よりも僅かに大きい環形状の囲み突起２１が上下方向の外向きに突設されている。各フィルム３は、それぞれ囲み突起２１によって位置決めされ、固定リング２の上下の一方ずつの面の囲み突起２１に囲まれた環形状の範囲において固定リング２に例えば接着により固定されている。つまり、フィルム３間の距離は、間に固定リング２を挟むことによって確保されている。また、固定リング２の上下の寸法は、囲み突起２１の外側では囲み突起２１の内側よりも小さくなっている。

また、本実施形態は、振動ブロック１の下側に位置して振動ブロック１が固定されるボディ６１とボディ６１の上側に被着されて振動ブロック１が収納される空間をボディ６１との間に構成するカバー６２とからなるハウジング６を備える。

詳しく説明すると、ボディ６１は、厚さ方向を上下方向に向けた円板形状であって外径が固定リング２よりも大きい本体部６１ａと、本体部６１ａにおいて径方向の両端部からそれぞれ外向きに突設された２個の固定部６１ｂとを有する。各固定部６１ｂにはそれぞれねじ止め用のねじ（図示せず）がねじ挿通穴６１ｃが上下に貫設されており、各固定部６１ｂはそれぞれハウジング６の固定に用いられる。

さらに、本体部６１ａの上面には、外径が固定リング２の外径よりも小さく且つ固定リング２の内径よりも大きい円筒形状の保持突起６１ｄが上方へ突設されており、固定リング２の下面が保持突起６１ｄの上面に接着されることにより振動ブロック１はボディ６１に固定されている。

保持突起６１ｄの外径は固定リング２の囲み突起２１の外径と略同じであり、保持突起６１ｄの内径は固定リング２の囲み突起２１の内径よりも小さくかつ固定リング２の内径よりも大きくしてある。さらに、保持突起６１ｄの上面には、内側の突出寸法を外側よりも大きくする環形状の段６１ｅが設けられている。段６１ｅの外径は固定リング２の囲み突起２１の内径よりも僅かに小さくしてあり、段６１ｅが囲み突起２１の内側に位置することにより、ボディ６１に対する振動ブロック１の位置決めがなされている。また、図５に示すように、保持突起６１ｄの上面において段６１ｅの外側には、環形状の接着溝６１ｆが設けられており、固定リング２を保持突起６１ｄに接着する際には接着剤（図示せず）が接着溝６１ｆに溜まることで接着が容易となっている。

カバー６２は全体として下面が開口した有底円筒形状であって、上面に円柱形状の凹部６２ａが設けられている。また、カバー６２の外周面と凹部６２ａの内面とには、それぞれハウジング６の内外を連通させる音穴６２ｂが複数個ずつ周方向に並べて設けられている。

ボディ６１の本体部６１ａの上面であって保持突起６１ｄの外側には、それぞれ円弧形状であってカバー６２の内周面に当接してカバー６２を位置決めする複数個の位置決め突起６１ｇが上方に突設されている。さらに、カバー６２の下端面には４個の結合突起６２ｈが周方向に約９０度ずつ位置をずらして下方に突設され、ボディ６１の本体部６１ａにはそれぞれ結合突起６２ｈが挿通される結合穴６１ｈが上下に貫設されていて、結合突起６２ｈが結合穴６１ｈに挿通されて圧力や熱によってカシメられること（カシメ結合）により、ボディ６１とカバー６２とは互いに結合している。本実施形態は上記のようにボディ６１とカバー６２とをカシメによって互いに結合させているので、ボディ６１とカバー６２との結合に接着剤を用いる場合に比べ、ボディ６１とカバー６２とを短時間で結合させることができる。さらに、ボディ６１の本体部６１ａの下面において結合穴６１ｈ付近には、カシメられた結合突起６２ｈが収納されるカシメ凹部６１ｉが設けられている。

上記構成によれば、振動ブロック１を固定リング２においてボディ６１に固定しているから、従来例のように振動ブロック１をフィルム３においてボディ６１に固定する場合に比べ、耐久性が向上しており、より大きな音量に耐えうる。また、従来例と比較すると、収納部３２を設けていないことによっても耐久性が向上している。

さらに、振動ブロック１の上側に生じた音と下側に生じた音とが互いに干渉することによる音量の低下は、保持突起６１ｄによって抑制される。

（実施形態２）
本実施形態は、振動ブロック１をハウジング６に保持する構造に特徴を有し、基本構成は実施形態１と共通であるので、共通する部分については同じ符号を付して説明を省略する。

本実施形態は、保持突起６１ｄを設ける代わりに、図６に示すように、位置決め突起６１ｇから内向きに複数個（図では計６個）の台座突起６１ｊを突設しており、振動ブロック１は図７に示すように台座突起６１ｊに載置されている。つまり、振動ブロック１は、ボディ６１とカバー６２とによって可動範囲を制限されているものの、実施形態１と違ってボディ６１に接着はされていない。これにより、振動ブロック１はハウジング６に対して上下に変位可能となっている。

また、台座突起６１ｊのうち、周方向に約１２０度ずつ位置をずらした３個の台座突起６１ｊの上面には、それぞれ円柱形状の位置決め突起６１ｋが上方に突設されている。図９（ａ）に示すように、固定リング２において、囲み突起２１よりも径方向の外側に突出した鍔部２２には、それぞれ固定リング２の径方向の外側と上下両側（すなわち固定リング２の軸方向の両側）とに開放された位置決め切り欠き２２ａが、周方向に約１２０ずつ位置をずらして３個設けられており、図８に示すように位置決め突起６１ｋが位置決め切り欠き２２ａに一対一に係入することにより、振動ブロック１のボディ６１に対する運動のうち音量に寄与しない運動である回転運動は制限されている。すなわち、位置決め切り欠き２２ａと位置決め突起６１ｋとがそれぞれ請求項における位置決め部である。また、固定リング２の鍔部２２の外径はカバー６２の内径よりも僅かに小さい程度としてあり、固定リング２の鍔部２２の外周面はハウジング６の内面に近接している。すなわち、振動ブロック１の上側に生じた音と下側に生じた音とが互いに干渉することによる音量の低下が、固定リング２の鍔部２２によって抑制されるようになっている。

上記構成によれば、ハウジング６に対する振動ブロック１の可動範囲の制限は固定リング２とハウジング６との当接によってなされ、フィルム３はハウジング６から特に大きな力を受けることがないから、従来例のように振動ブロック１をフィルム３においてハウジング６に固定する場合に比べて耐久性が向上している。

また、振動ブロック１がハウジング６に固定されていないから、鳴動時には振動ブロック１全体がハウジング６に対して振動することにより、音量の増大が期待できる。

なお、位置決め切り欠き２２ａに代えて、図９（ｂ）に示すように位置決め突起６１ｋが挿通される位置決め穴２２ｂを固定リング２に上下に貫設してもよい。この構成を採用すれば、位置決め切り欠き２２ａの場合に比べ、組立時に位置決め突起６１ｋの導入が若干難しくなるものの、位置決め突起６１ｋから受ける力がより分散されるから磨耗が抑えられる。

本発明の実施形態１を示す分解斜視図である。 同上を示す断面図である。 同上の振動ブロックを示す斜視図である。 同上の振動ブロックを示す断面図である。 同上の要部を示す断面図である。 本発明の実施形態２を示す分解斜視図である。 同上を示す断面図である。 同上においてカバーを取り外した状態を示す斜視図である。 （ａ）は同上の振動ブロックを示す斜視図であり、（ｂ）は同上の別の形態における振動ブロックを示す斜視図である。 圧電素子の動作を示す説明図であり、（ａ）（ｂ）はそれぞれ異なる方向の電圧をかけた場合の動作を示す。 圧電素子を用いたブザーの原理を示す説明図である。 従来例を示す分解斜視図である。 同上を示す断面図である。

符号の説明

１ 振動ブロック
２ 固定リング
３ フィルム
４ 振動板
５ 圧電素子
６ ハウジング
２２ａ 位置決め切り欠き（請求項における位置決め部）
２２ｂ 位置決め穴（請求項における位置決め部）
３１ 膨出部
６１ ボディ
６１ｆ 接着溝（請求項における接着凹部）
６１ｋ 位置決め突起（請求項における位置決め部）
６２ カバー

Claims (5)

1. 環形状の固定リングと、それぞれ弾性を有する材料からなり固定リングに固着されて互いに対向し固定リングの内周面との間に空洞を形成する２枚のフィルムと、それぞれ電歪効果により変形する圧電素子が少なくとも一面に固着され一方ずつのフィルムのそれぞれ内側の面に固着された２枚の振動板とからなる振動ブロックと、
   振動ブロックが固定されたボディと、ボディに機械的に結合して振動ブロックを覆うカバーとを備え、
   振動ブロックは、固定リングにおいてボディに固定されていることを特徴とする圧電ブザー。
2. 固定リングはボディに接着されており、
   ボディにおいて固定リングが接着される面には、固定リングを接着する接着剤が溜まる接着凹部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の圧電ブザー。
3. 環形状の固定リングと、それぞれ弾性を有する材料からなり固定リングに固着されて互いに対向し固定リングの内周面との間に空洞を形成する２枚のフィルムと、それぞれ電歪効果により変形する圧電素子が少なくとも一面に固着され一方ずつのフィルムのそれぞれ内側の面に固着された２枚の振動板とからなる振動ブロックと、
   振動ブロックを間に挟む形で互いに結合するボディとカバーとからなり固定リングに当接することによって振動ブロックの可動範囲を制限するハウジングを備えることを特徴とする圧電ブザー。
4. ボディとカバーとの少なくとも一方と固定リングとには互いに凹凸係合する位置決め部がそれぞれ設けられ、位置決め部同士の凹凸係合によりハウジングに対する固定リングの回転が制限されていることを特徴とする請求項３記載の圧電ブザー。
5. ボディとカバーとはカシメにより互いに結合していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載の圧電ブザー。

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