JP4241435B2

JP4241435B2 - 発音体

Info

Publication number: JP4241435B2
Application number: JP2004055747A
Authority: JP
Inventors: 武中村
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2004-03-01
Filing date: 2004-03-01
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2024-03-01
Also published as: JP2005246112A

Description

本発明は、圧電素子を備えた発音体に関する。

従来の発音体として、例えば磁石とコイルを組み合わせた電磁型発音体や、圧電素子の屈曲振動を利用した圧電型発音体などが提供されている（例えば、非特許文献１および特許文献１等参照）。この場合、前者の電磁型のものは、磁石とコイルによってコーン状やドーム状の振動板を前後運動させることにより媒体となる空気を振動させて音を伝達する。また、後者の圧電型のものは、圧電素子の屈曲運動によって振動板を前後運動させることにより媒体となる空気を振動させて音を伝達する。

電子部品ハンドブック、昭和４３年１１月２５日発行、株式会社地人書館、７３６頁−７３９頁実開平６−５９８９７号公報

このように、従来の電磁型や圧電型の発音体は、いずれも振動板に依存した発音構造である。すなわち、振動板を前後運動させることにより空気を振動させて音を伝播する構成である。したがって、ある程度の大きさの振動板が不可欠であり、そのため発音体の全体形状が大きくなって小型化を図る上で限界がある。

また、従来の発音体の場合、振動板はリニアに前後運動するだけなので、音が空気中を伝播する途中で比較的減衰し易い。したがって、遠くまで音を伝えるためには、発音体の全体形状を大きくして十分な音量を確保する必要が生じるが、そうすると、上記の発音体の小型化を図る上で逆行することになる。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、従来よりも全体形状が小型であるにもかかわらず、遠くまで音を効率良く伝えることができる発音体を提供することを課題とする。

人間の声には、同じ音量で発声していても遠くまでよく聞こえる声とそうでない声とがある。また、虫の鳴き声、すなわち羽を擦り合わせて発生させたような音は一般に遠くまでよく聞こえるという現象がある。その原因については未だ理論的に解明されてはいないが、よく通る人の声や虫の鳴き声は、物体の高速移動によって衝撃波が発生し、その衝撃波によって生じた音が伝播するためと考えられ、振動板をリニアに前後運動させることで空気を振動させて発音する場合とは音の発生機構および伝達現象が基本的に異なっていると推察される。したがって、衝撃波が発生するような発音機構を採用すれば、従来のようなリニアに前後運動するような振動板を用いなくても遠くまで音を効率良く伝えることができると考えられる。

本発明は、上記のような現象および観点に立脚してなされたものであって、次の構成を採用している。

すなわち、請求項１記載の発明に係る発音体は、対向面に平行な方向に伸縮振動する一対の圧電素子を備え、これらの圧電素子の互いの対向部分には振動方向に沿ってそれぞれ凹凸面が形成されるとともに、各圧電素子は駆動信号が印加された場合に伸縮が互いに逆向きとなるように配置結線されており、かつ、前記圧電素子の各凹凸面同士を押し付けるように加圧する加圧手段を有することを特徴としている。

また、請求項２記載の発明に係る発音体は、請求項１記載の発明の構成において、前記一対の圧電素子の凹凸面の間には、これらの各凹凸面にそれぞれ接触する凹凸面を有する振動板が介在されていることを特徴としている。

請求項１記載の発明によれば、一対の圧電素子が加圧された状態で凹凸面同士が互いに擦り合わされて音を発生させるので、虫が羽を擦り合わせて音を発生させるのと同様な発音機構が得られる。このため、遠くまで音を効率良く伝えることができる。しかも、従来のようなリニアに前後運動するような振動板を用いていないので、全体形状を小型化することができる。

また、請求項２記載の発明によれば、両圧電素子とそれらに挟まれた振動板との間で凹凸面同士の擦り合わせによって音を大きくすることができるため、より大きな音量が必要となる場合に有効となる。

図１は本発明の実施の形態における発音体の構成を示す断面図、図２は同発音体の圧電振動子の凹凸面部分を拡大して示す断面図である。

この実施の形態の発音体１は、上下一対の圧電素子２，３を備える。これらの各圧電素子２，３は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等のセラミック材料を厚み方向に分極してなる圧電体２ａ，３ａを挟んで上下に一対の電極２ｂ，２ｃ、３ｂ，３ｃが形成されている。したがって、各圧電素子２，３は、上下一対の電極２ｂ，２ｃ、３ｂ，３ｃに交流の駆動信号が印加された場合には、横効果によって分極方向と直交する図中左右方向に伸縮する。さらに、各圧電素子２，３は、互いの対向部分に位置する電極２ｃ，３ｂの上に振動方向に沿って凹凸面２ｅ，３ｅが形成された擦合部材２ｄ，３ｄが、凹凸面２ｅ，３ｅ同士が互いに接触するようにして一体に貼り付けられている。なお、この場合の擦合部材２ｄ，３ｄとしては、例えば圧電体２ａ，３ａと同じ材料を使用することができる。また、擦合部材２ｄ，３ｄとしては金属やセラミックのような適度な硬度と耐摩耗性のある別の材料を用いてもかまわない。

また、両圧電素子２，３の外方にはこれらを囲むようにして断面コ字形の支持フレーム６が設けられており、この支持フレーム６の上下のアーム部６ａ，６ｂと各圧電素子２，３との間にはそれぞれ加圧手段としてのコイルバネ７，８が配置されている。したがって、各圧電素子２，３は、これらのコイルバネ７，８によって擦合部材２ｄ，３ｄの凹凸面２ｅ，３ｅ同士が互いに押し付け合うように常時付勢されている。なお、加圧手段としてはこのようなコイルバネ７，８に限るものではなく、板バネやその他の付勢手段を適用することができる。また、支持フレーム６も一対の圧電素子２，３と加圧手段７，８とを保持できるものであれば、この実施の形態のような形状に限定されるものではない。

さらに、各圧電素子２，３は、各電極２ｂ，２ｃ、３ｂ，３ｃに駆動信号発生器９からの駆動信号が印加された場合に伸縮が互いに逆向きとなるように配置結線されている。すなわち、この実施の形態では、図１に矢印で示すように、上側の圧電素子２は、擦合部材取付側の一方の電極２ｃから擦合部材非取付側の他方の電極２ｂに向けて分極されており、下側の圧電素子３は、擦合部材非取付側の電極３ｃから擦合部材取付側の電極３ｂに向けて分極されている。そして、各圧電素子２，３の擦合部材取付側の各電極２ｃ，３ｂは共に駆動信号発生器９の一方の端子に接続され、また、擦合部材非取付側の各電極２ｂ，３ｃは共に駆動信号発生器９の他方の端子に接続されている。なお、圧電素子２，３は、駆動信号が印加された場合に伸縮が互いに逆向きとなるのであれば、この実施の形態のような配置結線に限定されるものではない。

上記構成において、上側の圧電素子２の一方の電極２ｂに正電圧、他方の電極２ｃに負電圧の駆動信号が加わると、この圧電素子２は縦方向（図の左右方向）に伸びる。このとき同時に下側の圧電素子３の他方の電極３ｃには正電圧、一方の電極３ｂには負電圧の駆動信号が加わるので、この圧電素子３は縦方向に縮む（図３（ａ）参照）。これとは逆に、上側の圧電素子３の一方の電極２ｂに負電圧、他方の電極２ｃに正電圧の駆動信号が加わると、この圧電素子２は縦方向に縮む。このとき同時に下側の圧電素子３の他方の電極３ｃに負電圧、一方の電極３ｂに正電圧の駆動信号が加わるので、この圧電素子３は縦方向に伸びる（図３（ｂ）参照）。

したがって、駆動信号発生器９から所定周波数の交流の駆動信号を発生させると、各圧電素子２，３の伸縮が互いに逆向きとなり、しかも、両圧電素子２，３はコイルバネ７，８によって常に加圧された状態になっているので、擦合部材２ｄ，３ｄの凹凸面２ｅ，３ｅ同士が互いに擦り合わされて音が発生する。

その場合の発音機構としては、各擦合部材２ｄ，３ｄの凹凸面２ｅ，３ｅ同士が互いに接触した状態から接触抵抗を上回るエネルギが加わって凹凸面２ｅ，３ｅが互いに離れる際、接触抵抗で蓄えられたエネルギが瞬時に開放されると同時に物体（凹部）の高速移動が起こるために衝撃音が発生するものと推察される。したがって、従来のように、振動板をリニアに前後運動させることで空気を振動させて発音する場合とは発音機構および伝達現象が基本的に異なり、いわば虫が羽を擦り合わせて音を発生させるのと同様な発音機構となっている。

これにより、本発明の発音体１においては、遠くまで音を効率良く伝えることができる。しかも、従来のようなリニアに前後運動するような振動板を用いていないので、発音体１の全体形状を小型化することができる。したがって、補聴器などのように聴道に挿入して使用することも可能になる。

なお、この実施の形態１では、互いに対向する電極２ｃ，３ｂの上に凹凸面２ｅ，３ｅを有する擦合部材２ｄ，３ｄを一体的に貼り付けているが、これに限るものではなく、例えば、圧電体の内部に予め電極を形成しておくとともに、これらの内部電極よりも外側に位置する圧電体の互いの対向部分に凹凸面を形成することも可能である。

また、上記の実施の形態では、一対の圧電素子２，３の擦合部材２ｄ，３ｄに設けた凹凸面２ｅ，３ｅを直接に擦り合わせる構成としているが、これに限らず、例えば図４に示すように、一対の圧電素子２，３の擦合部材２ｄ，３ｄの間に、これらの各凹凸面２ｅ，３ｅにそれぞれ接触する凹凸面１０ａ，１０ｂを有する振動板１０を介在させることもできる。

このようにすれば、各圧電素子２，３とこれらに挟まれた振動板１０との間で凹凸面２ｅ，１０ａ、３ｅ，１０ｂ同士の擦り合わせによって音を一層大きくすることができる。このため、より大きな音量が必要となる場合に有効となる。その際、振動板１０は、両圧電素子２，３の間から左右に突出している部分１０ｃ，１０ｄの長さを適宜設定することにより摩擦音の大きさを調整することができる。

本発明の発音体１は、スピーカのみならず、イヤホーン、ブザー、補聴器など、発音が必要となる分野で広く適用することができる。

本発明の実施の形態における発音体の構成を示す断面図である。図１の発音体の一部を拡大して示す断面図である。図１の発音体の発音動作の説明図である。本発明の発音体において一対の圧電素子の間に振動板を介在させた状態を示す断面図である。

符号の説明

１発音体
２，３圧電素子
２ａ，３ａ圧電体
２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃ電極
２ｄ，３ｄ擦合部材
２ｅ，３ｅ凹凸面
７，８コイルバネ（加圧手段）
１０振動板
１０ａ，１０ｂ凹凸面

Claims

対向面に平行な方向に伸縮振動する一対の圧電素子を備え、これらの圧電素子の互いの対向部分には振動方向に沿ってそれぞれ凹凸面が形成されるとともに、各圧電素子は駆動信号が印加された場合に伸縮が互いに逆向きとなるように配置結線されており、かつ、前記圧電素子の各凹凸面同士を押し付けるように加圧する加圧手段を有することを特徴とする発音体。
前記一対の圧電素子の凹凸面の間には、これらの凹凸面にそれぞれ接触する凹凸面を有する振動板が介在されていることを特徴とする請求項１記載の発音体。