JP2020038286A

JP2020038286A - ベル

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Publication number: JP2020038286A
Application number: JP2018165220A
Authority: JP
Inventors: 高広梅村; Takahiro Umemura; 小林　伸二; Shinji Kobayashi; 伸二小林; 誠士郎鈴木; Seishiro Suzuki
Original assignee: Saxa Inc; Saxa Precision Inc
Current assignee: Saxa Inc; Saxa Precision Inc
Priority date: 2018-09-04
Filing date: 2018-09-04
Publication date: 2020-03-12
Anticipated expiration: 2038-09-04
Also published as: JP7099913B2

Abstract

【課題】ベルの消費電力を低減させる。【解決手段】ベル１は、筐体１１と、筐体１１に固定された軸受部材１２と、軸受部材１２から第１方向に延伸する第１振動部材１３と、第１振動部材１３の軸受部材１２側と反対側の端部から、第１方向と異なる第２方向に延伸する第２振動部材１４と、第１振動部材１３に設けられた圧電素子１５と、第２振動部材１４の第１振動部材１３側と反対側の端部に設けられており、圧電素子１５の変形に伴って第１振動部材１３及び第２振動部材１４に生じる振動に応じて筐体１１への衝突を繰り返すハンマー部１６と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、鳴動音を発するベルに関する。

従来、モーターによる駆動力でハンマー部材を金属筐体に衝突させることにより鳴動するモーターベルが知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開昭５２−１３３７７７号公報

ベルの中には、停電が発生しても鳴動するように、バッテリー（例えば無停電電源）から供給される電力によって作動するものがある。このような場合、バッテリーの容量を低減するために、ベルの消費電力を低減させることが望ましい。ところが、モーターベルは消費電力が大きいという問題があった。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、ベルの消費電力を低減させることを目的とする。

本発明のベルは、筐体と、前記筐体に固定された軸受部材と、前記軸受部材から第１方向に延伸する第１振動部材と、前記第１振動部材の前記軸受部材側と反対側の端部から、前記第１方向と異なる第２方向に延伸する第２振動部材と、前記第１振動部材に設けられた圧電素子と、前記第２振動部材の前記第１振動部材側と反対側の端部に設けられており、前記圧電素子の変形に伴って前記第１振動部材及び前記第２振動部材に生じる振動に応じて前記筐体への衝突を繰り返すハンマー部と、を有する。前記第２振動部材の長さは、例えば前記第１振動部材の長さよりも大きい。

前記圧電素子は、前記第１振動部材において相対的に可撓性が大きい領域に設けられていてもよい。また、前記圧電素子は、前記第１振動部材の中心よりも前記第２振動部材に近い領域に設けられていてもよい。

前記ベルは、前記ハンマー部に対して前記筐体と反対側に設けられた壁部をさらに有し、前記ハンマー部は、前記第２振動部材が変位していない状態において前記筐体及び前記壁部に接触せず、前記第２振動部材が変位して振動している状態において前記筐体及び前記壁部に順次接触してもよい。

本発明によれば、ベルの消費電力を低減させることができるという効果を奏する。

本実施形態のベルの内部構造を示す斜視図である。ベルの内部構造を正面から視認した状態を示す模式図である。圧電素子が設けられる位置について説明するための図である。圧電素子が第１振動部材において相対的に可撓性が大きい領域に設けられている構成例を示す図である。圧電素子が第１振動部材において相対的に可撓性が大きい領域に設けられている構成例を示す図である。圧電素子が第１振動部材において相対的に可撓性が大きい領域に設けられている構成例を示す図である。第１変形例に係るベルの構成を示す図である。第２変形例に係るベルの構成を示す図である。

［ベル１の概要］
図１は、本実施形態のベル１の内部構造を示す斜視図である。図２は、ベル１の内部構造を正面から視認した状態を示す模式図である。ベル１は、筐体（ゴング）１１と、軸受部材１２と、第１振動部材１３と、第２振動部材１４と、圧電素子１５と、ハンマー部１６と、給電部１７とを有する。図１には示していないが、ベル１は、軸受部材１２、第１振動部材１３、第２振動部材１４及び圧電素子１５に外部から触れることができないようにするためのカバーをさらに有する。図２（ｂ）は、図２（ａ）における圧電素子１５の周辺部を拡大した図である。

筐体１１は、ハンマー部１６が衝突することにより音を発する部材である。筐体１１の材質及び形状は、音を発する限りにおいて任意であるが、例えば金属製のお椀形状である。図１に示す筐体１１は、図１のＺの向きに凹んでいる。

軸受部材１２は、第１振動部材１３の一端を固定するための部材である。軸受部材１２は、例えばネジＳにより筐体に固定されている。図１に示す例における破線の内側は平坦面であり、軸受部材１２は、当該平坦面に固定されている。軸受部材１２は、例えば金属により形成されているが、軸受部材１２の材質は任意である。軸受部材１２と第１振動部材１３とは溶接されていてもよく、ネジ等の結合部材で結合されていてもよく、一体の金属から成形されていてもよい。

第１振動部材１３は、軸受部材１２から第１方向（例えば図２におけるＸ方向）に延伸する部材である。第１振動部材１３は、可撓性を有しており、外力が加わっていない状態で平坦（すなわち長手方向の輪郭線が直線状）になっており、外力が加わることにより、第１方向と直交する方向（例えば図２におけるＹ方向）に変形する板状部材である。第１振動部材１３は、例えば金属により形成されている。

第２振動部材１４は、第１振動部材１３の軸受部材１２の側と反対側の端部から、第１方向と異なる第２方向に延伸する部材である。図２に示す例における第２方向はＹ方向であるが、第２方向はＹ方向に限らない。第２振動部材１４は、可撓性を有しており、外力が加わっていない状態で平坦であり、外力が加わることにより、第２方向と直交する方向（図２におけるＸ方向）に変形する板状部材である。第２振動部材１４は、例えば金属により形成されているが、第２振動部材１４の材質は任意である。

圧電素子１５は、第１振動部材１３に設けられており、給電部１７から断続的な電圧が印加されることにより断続的に変形する。圧電素子１５が断続的に変形すると、圧電素子１５の変形により生じる応力が第１振動部材１３を断続的に変形させて第１振動部材１３が振動する。第１振動部材１３が振動すると第２振動部材１４が振動し、第２振動部材１４の端部に設けられているハンマー部１６が、第２振動部材１４が変形する方向に変位することにより、ハンマー部１６が筐体１１に断続的に衝突する。

図２（ｂ）に示すように、圧電素子１５は、圧電材料１５１と、上部電極１５２と、下部電極１５３とを有する。圧電材料１５１の両側に上部電極１５２及び下部電極１５３が設けられている。上部電極１５２と下部電極１５３との間に給電部１７が電圧を印加することにより、圧電材料１５１が変形する。下部電極１５３は第１振動部材１３と電気的に導通しており、例えばグランド電位となる。

ハンマー部１６は、第２振動部材１４の第１振動部材１３側と反対側の端部に設けられており、圧電素子１５の変形に伴って第１振動部材１３及び第２振動部材１４に生じる振動に応じて筐体１１への衝突を繰り返す。ハンマー部１６が断続的に筐体１１に衝突することで、ベル１はベル音を放出する。第２振動部材１４の長さは、第１振動部材１３の長さよりも大きい。このように、第２振動部材１４の長さが第１振動部材１３の長さよりも大きいことで、圧電素子１５の小さな振動によりハンマー部１６を大きく振動させることができる。

図２（ａ）に示す例においては、ハンマー部１６が振動する方向が、ハンマー部１６が衝突する筐体１１の面に対して直交していないが、より大きな音を発生するために、ハンマー部１６が振動する方向が、ハンマー部１６が衝突する筐体１１の面に対して直交するように構成することが好ましい。例えば、第２振動部材１４の長さに対する筐体１１の直径を、図２（ａ）に示す例よりも大きくすることで、ハンマー部１６が振動する方向を、ハンマー部１６が衝突する筐体１１の面に対して直交する方向に近づけることができる。

給電部１７は、圧電素子１５に電圧を印加するための電気回路を有しており、基準電位となる基準端子が圧電素子１５の下部電極１５３に接続されており、印加電圧が発生する電源端子が圧電素子１５の上部電極１５２に接続されている。給電部１７は、電圧が印加される状態と電圧が印加されない状態とが連続的又は断続的に切り替わる鳴動信号を発生する。給電部１７は、例えば防災設備の制御装置（例えば受信機）から火災が発生したことを示す制御信号を受信したことに応じて、鳴動信号の発生を開始する。防災設備の制御装置が鳴動信号を発生させる場合、給電部１７は、制御装置から受信した鳴動信号をそのまま圧電素子１５の上部電極１５２および下部電極１５３に印加してもよい。

給電部１７は、例えば防災設備が備えるバッテリーから供給される電力により、圧電素子１５に印加する電圧を発生する。給電部１７がバッテリーを有しており、給電部１７は、自身が有するバッテリーに蓄積された電力により、圧電素子１５に印加する電圧を発生してもよい。

［圧電素子１５が設けられる位置］
図３は、圧電素子１５が設けられる位置について説明するための図である。図３（ａ）は、軸受部材１２、第１振動部材１３、第２振動部材１４及びハンマー部１６を正面から見た状態の模式図であり、図３（ｂ）は、Ａ−Ａ線断面図である。

ここで、第１振動部材１３を変形させる方向に加わる応力の大きさをＰ、断面二重モーメントをＩとすると、第１振動部材１３の面と直交する方向に生じる第１振動部材１３を変形させる力（以下、変形力という）の大きさは、以下の式（１）により表される。
ｇ＝Ｐａ^２（２ａ＋３ｂ）／６ＥＩ・・・（１）
式（１）におけるＥは定数である。

図３（ｂ）に示すように、第１振動部材１３の断面の幅をｗ、高さ（すなわち第１振動部材１３の厚み）をｈとすると、断面二重モーメントは以下の式（２）により表される。
Ｉ＝ｗｈ^３／２・・・（２）

したがって、変形力ｇは、ａが大きいほど大きくなり、ｈが小さいほど大きくなる。そこで、圧電素子１５の少なくとも一部が、第１振動部材１３の中心よりも第２振動部材１４に近い領域に設けられていることが好ましい。圧電素子１５の少なくとも一部は、例えば第１振動部材１３における第２振動部材１４と接続された端部と、第１振動部材１３の中心位置との間に設けられている。

また、圧電素子１５は、効率よく第１振動部材１３を振動させるために、第１振動部材１３において相対的に可撓性が大きい領域に設けられていることが好ましい。図４、図５及び図６は、圧電素子１５が第１振動部材１３において相対的に可撓性が大きい領域に設けられている構成例を示す図である。

図４に示す第１振動部材１３は、Ｚ方向において、軸受部材１２と接続された端部よりも幅が狭い領域を有しており、圧電素子１５は、当該領域に設けられている。圧電素子１５は、例えば、第１振動部材１３において最も幅が狭い位置を含む領域に設けられている。

図５に示す第１振動部材１３は、Ｙ方向において、軸受部材１２と接続された端部よりも厚みが小さい領域を有しており、圧電素子１５は、当該領域に設けられている。圧電素子１５は、例えば、第１振動部材１３において最も厚みが小さい位置を含む領域に設けられている。

図６に示す第１振動部材１３は、一部の領域にスリット１３１及びスリット１３２が形成されている。スリット１３１及びスリット１３２は細長い穴であり、スリット１３１及びスリット１３２が形成された領域における第１振動部材１３の実質的な幅は、軸受部材１２と接続された端部における幅よりも小さい。図６に示す圧電素子１５は、スリット１３１とスリット１３２との間の領域に設けられている。スリット１３１及びスリット１３２の外側に圧電素子が設けられていてもよい。

圧電素子１５が、図４、図５又は図６に示したような位置に設けられていることで、圧電素子１５の変形量に対する第１振動部材１３の変形量が大きくなるので、圧電素子１５を変形させるために要する電力の使用効率が高まる。

［ベル１による効果］
以上説明したように、ベル１は、第１振動部材１３に設けられた圧電素子１５を有しており、圧電素子１５の変形に伴って第１振動部材１３及び第２振動部材１４に生じる振動に応じて、ハンマー部１６が筐体１１への衝突を繰り返す。ベル１がこのような構成を有することで、ベル１は、モーターにより動作するベルに比べて消費電力が小さくなるという効果を奏する。

［第１変形例］
図７は、第１変形例に係るベル２の構成を示す図である。ベル２は、壁部１８をさらに有する点で、図２に示したベル１と異なり、他の点でベル１と同じである。壁部１８は、ハンマー部１６に対して筐体１１と反対側に設けられている。

ベル２が壁部１８を有することにより、ハンマー部１６は、第２振動部材１４が変位していない状態において筐体１１及び壁部１８に接触せず、第２振動部材１４が変位して振動している状態において筐体１１及び壁部１８に順次接触する。第２振動部材１４が変位していない状態は、圧電素子１５に電圧が印加されていない状態における第２振動部材１４の状態である。

壁部１８は、例えば筐体１１と同じ材質を有しており、ハンマー部１６が衝突したときに、ハンマー部１６が筐体１１に衝突したときと同じ音を発する。ベル２が壁部１８を有することにより、ハンマー部１６が筐体１１から離れる向きに変位した場合にも音が発生するので、ベル２は、発生する鳴動音の周期を、ベル１が発生する鳴動音の周期よりも短くすることができる。

また、第２振動部材１４が変位していない状態において、ハンマー部１６の壁部１８側の先端と壁部１８のハンマー部１６側の面との距離は、ハンマー部１６の筐体１１側の先端と筐体１１のない面との距離と等しいことが好ましい。壁部１８がこのような位置に設けられていることにより、ハンマー部１６が筐体１１に衝突したときに生じる音の大きさと、ハンマー部１６が壁部１８に衝突したときに生じる音の大きさとがほぼ等しくなる。

なお、図７においては、壁部１８の断面が長方形で示されているが、壁部１８が、筐体１１よりも直径が小さな金属製のお椀形状であってもよい。壁部１８がお椀形状であることにより、ハンマー部１６が筐体１１に衝突したときに生じる音と同様に音を響かせやすくなる。

［第２変形例］
図８は、第２変形例に係るベル３の構成を示す図である。ベル３は、図２に示したベル１における第２振動部材１４の代わりに第２振動部材１９を有する点でベル１と異なり、他の点でベル１と同じである。

第２振動部材１９は、一端が第１振動部材１３に接続されており、他端にハンマー部１６が接続されている。第２振動部材１９は、第１振動部材１３に接続されている一端から他端まで、筐体１１の外周に沿って湾曲した状態で延在している。第２振動部材１９がこのように湾曲していることで、第２振動部材１９を第２振動部材１４よりも長くすることができる。その結果、ハンマー部１６が筐体１１に衝突したときに筐体１１に加わる力を大きくすることができるので、ベル３は、ベル１よりも大きな鳴動音を発生することができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の分散・統合の具体的な実施の形態は、以上の実施の形態に限られず、その全部又は一部について、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。

例えば、以上の説明においては、第１振動部材１３、第２振動部材１４、第２振動部材１９が板状部材である場合を例示したが、これらの断面形状が長方形ではなく、断面形状が円又は楕円の棒状部材であってもよい。
また、以上の説明においては、ベル１、２、３が非常ベルである場合を例示したが、ベルの用途は任意であり、駅のベルを始めとする任意のベルに本発明を適用することができる。

また、以上の説明においては、図２及び図７における左右方向にハンマー部１６が振動するように示したが、ベル１、２、３が壁面等に取り付けられる向きは任意である。例えば、ハンマー部１６が振動する方向が、重力の方向と一致するようにベル１、２、３が壁面等に取り付けられることが好ましい。このような向きにベル１、２、３が取り付けられることにより、ハンマー部１６が筐体１１に衝突する際に発生する力が強くなるので、より大きな音が発生する。

１、２、３ベル
１１筐体
１２軸受部材
１３第１振動部材
１４第２振動部材
１５圧電素子
１６ハンマー部
１７給電部
１８壁部
１９第２振動部材
１５１圧電材料
１５２上部電極
１５３下部電極

Claims

筐体と、
前記筐体に固定された軸受部材と、
前記軸受部材から第１方向に延伸する第１振動部材と、
前記第１振動部材の前記軸受部材側と反対側の端部から、前記第１方向と異なる第２方向に延伸する第２振動部材と、
前記第１振動部材に設けられた圧電素子と、
前記第２振動部材の前記第１振動部材側と反対側の端部に設けられており、前記圧電素子の変形に伴って前記第１振動部材及び前記第２振動部材に生じる振動に応じて前記筐体への衝突を繰り返すハンマー部と、
を有するベル。
前記第２振動部材の長さが、前記第１振動部材の長さよりも大きい、
請求項１に記載のベル。
前記圧電素子は、前記第１振動部材において相対的に可撓性が大きい領域に設けられている、
請求項１又は２に記載のベル。
前記圧電素子は、前記第１振動部材の中心よりも前記第２振動部材に近い領域に設けられている、
請求項１から３のいずれか一項に記載のベル。
前記ハンマー部に対して前記筐体と反対側に設けられた壁部をさらに有し、
前記ハンマー部は、前記第２振動部材が変位していない状態において前記筐体及び前記壁部に接触せず、前記第２振動部材が変位して振動している状態において前記筐体及び前記壁部に順次接触する、
請求項１から４のいずれか一項に記載のベル。