JP3284724B2 - 圧電型スピーカ - Google Patents

圧電型スピーカ

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JP3284724B2 JP35191393A JP35191393A JP3284724B2 JP 3284724 B2 JP3284724 B2 JP 3284724B2 JP 35191393 A JP35191393 A JP 35191393A JP 35191393 A JP35191393 A JP 35191393A JP 3284724 B2 JP3284724 B2 JP 3284724B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、圧電素子を用いた圧
電型スピーカに関し、音響変換効率を向上させたもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来の圧電型スピーカとして図2に示す
構造のものがあった。この圧電型スピーカ10は、金属
板に圧電セラミックを貼り合わせた圧電振動子12を枠
体14に固定支持し、圧電振動子12の前方にコーン状
に湾曲した振動板16をその周縁部を枠体14に支持し
た状態に配置し、振動板16の中心部を圧電振動子12
の中央部に連結したものである。圧電振動子12に信号
を印加すると、この圧電振動子12の中央部が上下に変
位し、この変位が振動板16に伝達されて、振動板16
の表面から音が放射される。
【0003】また、従来の別の圧電型スピーカを図3に
示す。この圧電型スピーカ18は、枠体20に高分子圧
電性フィルムからなる振動板22を湾曲させた状態に支
持したものである。振動板22に信号を印加すると、こ
の振動板22は面方向に伸縮し、この面方向の伸縮が面
に垂直な変位を生じさせ、これにより振動板22の表面
から音が放射される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前記従来の圧電型スピ
ーカによれば、振動板16,22の変位量が小さく、音
響変換効率が低かった。このため、実用的音圧を得るた
めには、スピーカの面積が大きくなっていた。
【0005】この発明は、前記従来の技術における問題
点を解決して、振動板の変位量を大きくし、これにより
音響変換効率を高めて、スピーカ面積の小型化を可能に
した圧電型スピーカを提供しようとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
圧電セラミックと湾曲した可撓圧電性フィルムとを、前
記圧電セラミックの伸びる方向の動作が前記可撓圧電性
フィルムの湾曲を戻す方向に作用し、前記圧電セラミッ
クの縮む方向の動作が前記可撓圧電性フィルムをより湾
曲させる方向に作用する状態に連結してなり、前記圧電
セラミックが伸びる方向に動作する時前記可撓圧電性フ
ィルムが縮む方向に動作し、前記圧電セラミックが縮む
方向に動作する時前記可撓圧電性フィルムが伸びる方向
に動作するようにこれら圧電セラミックおよび可撓圧電
性フィルムが共通の信号源で駆動されることを特徴とす
るものである。
【0007】請求項2記載の発明は、面方向の振動モー
ドを有する圧電セラミック板に可撓圧電性フィルムを前
記圧電セラミックスの振動方向に湾曲させた状態で固定
した構造を前記可撓圧電性フィルムの湾曲方向に複数並
べて配置してなり、前記圧電セラミック板が伸びる方向
に動作する時前記可撓圧電性フィルムが縮む方向に動作
し、前記圧電セラミック板が縮む方向に動作する時前記
可撓圧電性フィルムが伸びる方向に動作するようにこれ
ら圧電セラミック板および可撓圧電性フィルムが共通の
信号源で駆動されることを特徴とするものである。
【0008】請求項3記載の発明は、請求項2記載の発
明において、前記可撓圧電性フィルムの1つの湾曲した
部分の湾曲方向の長さが、その湾曲の両端部間に挾まれ
る前記圧電セラミック板の長さの1.25倍以上である
ことを特徴とするものである。
【0009】なお、この発明で可撓圧電性フィルムと
は、高分子圧電性フィルムや複合圧電性フィルム等の可
撓性を有する圧電性フィルムを総称するものである。複
合圧電性フィルムは、高分子材の中に圧電セラミックを
分散させたフィルムであり、高分子材にはゴム系、プラ
スチック系等がある。
【0010】
【作用】請求項1記載の発明によれば、圧電セラミック
と可撓圧電性フィルムを互いに伸縮動作を逆にして駆動
するようにしたので、圧電セラミックが可撓圧電性フィ
ルムの変位量を増大させるように作用し、これにより音
響変換効率を増大させることができ、スピーカ面積の小
型化が可能となる。
【0011】また、請求項2記載の発明によれば、湾曲
した可撓圧電性フィルムをその湾曲方向に複数並べて配
置したので、低音域では可撓圧電性フィルムの動作が隣
接する可撓圧電性フィルムとの間に形成される空間の空
気を呼吸するように作用し、十分な低音が得られる。ま
た、個々の可撓圧電性フィルムは面積が小さくてすむた
め、分割振動を起こしにくくなる。
【0012】また、請求項2記載の発明においては、請
求項3記載の発明のように、可撓圧電性フィルムの1つ
の湾曲した部分の湾曲方向の長さを、その湾曲の両端部
間に挾まれる前記圧電セラミック板の長さの1.25倍
以上にすると、前記空気を呼吸する動作が顕著に現われ
て、低音発生能力が向上する。
【0013】
【実施例】この発明の一実施例を図1に示す。この圧電
型スピーカ24は、平板状の圧電セラミック板26に、
振動板としての可撓圧電性フィルム28を湾曲させてか
つその湾曲方向に複数並べた状態に配列して接着剤等に
より固定して構成されており、可撓圧電性フィルム28
の表面から音が放射される。圧電セラミック板26はそ
の振動方向(可撓圧電性フィルム28の配列方向)と直
角な方向に対向して配された支持部材11,13の溝1
1a,13aに制動材15を介して支持されており、可
撓圧電性フィルム28の配列方向に振動自在に支持され
ている。
【0014】圧電セラミック板26は、図4に断面図を
示すように、圧電セラミック素子27の上下両面に電極
膜30,32を成膜して構成されている。圧電セラミッ
ク素子27はその面方向に振動するように分極されてい
る。可撓圧電性フィルム28は、図4に示すように、ポ
リフッ化ビニリデン、ポリビニリデンサイアナイトなど
の高分子圧電性フィルムや複合圧電性フィルム等で構成
されるフィルム本体34の上下両面に金属を蒸着して電
極膜36,38を成膜して構成されている。フィルム本
体34はその面方向に振動するように分極されている。
可撓圧電性フィルム28は、1枚の可撓圧電性フィルム
を所定幅ずつ折り曲げて、折り曲げた区間ごとに湾曲さ
せて、折り曲げた箇所28aをエポキシ系等の接着剤4
0で圧電セラミック板26の表面に接着することによ
り、圧電セラミック板26上に固定されている。この場
合、図1(b)に示すように、可撓圧電性フィルム28
の湾曲した部分の長さL1 は、その部分の圧電セラミッ
ク板26の長さL2 の1.25倍以上に設定するのが望
ましい。また、可撓圧電性フィルム28の湾曲とその下
の圧電セラミック板26との間の空間27には必要に応
じて(湾曲の程度等に応じて)発泡ウレタンやグラスウ
ール等の制動材を充填する。
【0015】なお、図1では圧電セラミック板26およ
び可撓圧電性フィルム28をそれぞれ1枚の板およびフ
ィルムで構成したが、各湾曲を1つの単位として圧電セ
ラミック板26、可撓圧電性フィルム28の両方または
一方を分離構成したものを並べて配置して相互に連結し
て構成することもできる(図6参照)。
【0016】圧電セラミック板26の電極30,32間
および可撓圧電性フィルム28の電極36,38間に
は、同一の信号源42から駆動信号を印加する。この場
合、圧電セラミック板26、可撓圧電性フィルム28の
分極方向に応じて、これらの伸縮動作が互いに逆方向に
なるように極性を考慮して駆動信号を印加する。また、
図4に示すように、トランス43,45を介して印加す
ることもできる。
【0017】このようにして駆動した場合の圧電型スピ
ーカ24の動作を図5に示す。図5(a)は圧電セラミ
ック板26が伸長し、可撓圧電性フィルム28が収縮し
た時の動作である。このとき、可撓圧電性フィルム28
はそれ自身の収縮動作により下方に変位するとともに、
圧電セラミック板26の伸長動作により接合点28a,
28a間が広がることによりさらに下方に変位する。図
5(b)は圧電セラミック板26が伸縮し、可撓圧電性
フィルム28が伸長した時の動作である。このとき、可
撓圧電性フィルム28はそれ自身の伸長動作により上方
に変位するとともに、圧電セラミック板26の収縮動作
により接合点28a,28a間が狭まることによりさら
に上方に変位する。
【0018】このように、可撓圧電性フィルム28自身
による上下方向の変位と圧電セラミック26の動作によ
る上下方向の変位が加重されるので、振動板としての可
撓圧電性フィルム28の変位量が大きくなり、音響変換
効率が増大する。また、図5に斜線で示すように、各湾
曲部に挾まれた空間44の空気が上記動作によって呼吸
するように作用するので、低音での音圧を確保すること
ができる。
【0019】(実験例1)圧電セラミック板(長さ50
mm×幅20mm×厚さ1.5mm)を10枚用意し、そのう
ち5枚を用い、可撓圧電性フィルムとして高分子圧電性
フィルムである呉羽化学工業株式会社製KFピエゾフィ
ルム(長さ50mm×幅200mm×厚さ0.03mm。以
下、単に「ピエゾフィルム」という。)を振動板として
用い(1枚当りの幅を40mmとして5枚に折って使
う)、図6に示すようなこの発明による圧電スピーカを
作成した。圧電セラミック板どうしの接合および圧電セ
ラミック板とピエゾフィルムとの接合にはエポキシ系接
着剤を用いた。比較のためにピエゾフィルムの代わりに
同寸法のポリプロヒレン(PP)フィルムを用いて残り
の5枚の圧電セラミック板に同様の方法で接合した圧電
スピーカも作成した。発音実験した結果を下表に示す
(出力音圧レベルは、0.5Wの信号を加えて、0.5
m離れたスピーカ軸上の位置で測定した結果であ
る。)。
【0020】 構 造 接続 出力音圧レベル 圧電セラミック+ピエゾフィルム 同相 85dB 〃 逆相 90dB 圧電セラミック+PPフィルム − 80dB これによれば、圧電セラミックに高分子フィルムを振動
板として組み合わせる場合、圧電効果を持ったフィルム
を用いるほうが電気音響変換効率が向上することがわか
った。また、圧電セラミックに圧電効果を持ったフィル
ムを振動板として組合わせる場合、同相接続よりも逆相
接続で駆動(つまり、圧電セラミックと圧電フィルムの
伸縮動作を互いに逆に駆動)したほうが電気音響変換効
率がさらに向上することがわかった。
【0021】(実験例2)バイモルフタイプの圧電発音
体を用意し、実験例1で最も効率のよかったこの発明の
圧電セラミック+ピエゾフィルム(逆相接続)のものと
の周波数特性の比較を行なった。測定結果を図7に示
す。バイモルフタイプは非常に共振が多く、ハイ‐ファ
イ用発音体としては用いることができないが、この発明
の発音体はピークは見られず、ハイ‐ファイ用として十
分に使用できることがわかった。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1記載の発
明によれば、圧電セラミックと可撓圧電性フィルムを互
いに伸縮動作を逆にして駆動するようにしたので、圧電
セラミックが可撓圧電性フィルムの変位量を増大させる
ように作用し、これにより音響変換効率を増大させるこ
とができ、スピーカ面積の小型化が可能となる。
【0023】また、請求項2記載の発明によれば、湾曲
した可撓圧電性フィルムをその湾曲方向に複数並べて配
置したので、低音域では可撓圧電性フィルムの動作が隣
接する可撓圧電性フィルムとの間に形成される空間の空
気を呼吸するように作用し、十分な低音が得られる。ま
た、個々の可撓圧電性フィルムは面積が小さくてすむた
め、分割振動を起こしにくくなる。
【0024】また、請求項2記載の発明においては、請
求項3記載の発明のように、可撓圧電性フィルムの1つ
の湾曲した部分の湾曲方向の長さを、その湾曲の両端部
間に挾まれる前記圧電セラミック板の長さの1.25倍
以上にすると、前記空気を呼吸する動作が顕著に現われ
て、低音発生能力が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の一実施例を示す斜視図およびA矢
視図である。
【図2】 従来装置を示す断面側面図である。
【図3】 従来装置を示す断面側面図である。
【図4】 図1の圧電型スピーカの一部拡大断面図であ
る。
【図5】 図1の圧電型スピーカの動作を示す図であ
る。
【図6】 実験で用いたこの発明の圧電型スピーカを示
す斜視図である。
【図7】 図6の圧電型スピーカとバイモルフタイプの
圧電発音体の周波数特性図である。
【符号の説明】
24 圧電型スピーカ 26 圧電セラミック板(圧電セラミック) 28 可撓圧電性フィルム 42 信号源

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】圧電セラミックと湾曲した可撓圧電性フィ
    ルムとを、前記圧電セラミックの伸びる方向の動作が前
    記可撓圧電性フィルムの湾曲を戻す方向に作用し、前記
    圧電セラミックの縮む方向の動作が前記可撓圧電性フィ
    ルムをより湾曲させる方向に作用する状態に連結してな
    り、 前記圧電セラミックが伸びる方向に動作する時前記可撓
    圧電性フィルムが縮む方向に動作し、前記圧電セラミッ
    クが縮む方向に動作する時前記可撓圧電性フィルムが伸
    びる方向に動作するようにこれら圧電セラミックおよび
    可撓圧電性フィルムが共通の信号源で駆動されることを
    特徴とする圧電型スピーカ。
  2. 【請求項2】面方向の振動モードを有する圧電セラミッ
    ク板に可撓圧電性フィルムを前記圧電セラミックスの振
    動方向に湾曲させた状態で固定した構造を前記可撓圧電
    性フィルムの湾曲方向に複数並べて配置してなり、 前記圧電セラミック板が伸びる方向に動作する時前記可
    撓圧電性フィルムが縮む方向に動作し、前記圧電セラミ
    ック板が縮む方向に動作する時前記可撓圧電性フィルム
    が伸びる方向に動作するようにこれら圧電セラミック板
    および可撓圧電性フィルムが共通の信号源で駆動される
    ことを特徴とする圧電型スピーカ。
  3. 【請求項3】前記可撓圧電性フィルムの1つの湾曲した
    部分の湾曲方向の長さが、その湾曲の両端部間に挾まれ
    る前記圧電セラミック板の長さの1.25倍以上である
    ことを特徴とする請求項2記載の圧電型スピーカ。
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