JP4363801B2 - 圧電スピーカ - Google Patents
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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、圧電体を備えた圧電振動板を直接ケースに固定し、圧電振動板で発せられた音響振動を気中に放出し音を再生していた。尚、該ケースは共鳴しない剛体で作られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記圧電スピーカでは、圧電体に用いる薄い圧電性磁器の強度を確保することが難しく面積の大きい圧電体を作ることが困難であることから圧電振動板の大きさも制限される。このため、大きな面積による音響振動でなければ再生が難しい低音域を所定の音量で再生することは困難である。また、厚みを厚くして大面積の圧電体が形成できて低音域を再生できたとしても、今度は、厚みが増したことで高周波応答が劣化し、高音域の再生が困難になってしまう。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、低音域から高音域にわたる広い範囲の音の再生が可能で、音響振動を無駄なく効率的に響体に伝搬させ再生することができる圧電スピーカを提供することにある。
【０００５】
【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歪みが生じる圧電体と、該圧電体に密接し、該歪みを音響振動に変換するための圧電振動板と、該音響振動に共鳴する響体と、該圧電振動板を支持するための合成樹脂製シートからなる弾性体とを備え、該圧電振動板を該響体に該弾性体を介して支持すると共に、該圧電振動板が発した音響振動を、該弾性体を介して該響体から気中に伝搬させ音を再生することを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載の圧電スピーカは、印加された電気信号により歪みが生じる圧電体と、該圧電体に密接し、該歪みを音響振動に変換するための圧電振動板と、該音響振動に共鳴する響体と、該圧電振動板を支持するためのポリ塩化ビニル、ポリアセタール繊維シート、弾性ポリエチレン、弾性ポリエステルの一群の素材のいずれか一の素材のシートからなる弾性体とを備え、該圧電振動板を該響体に該弾性体を介して支持すると共に、該圧電振動板が発した音響振動を、該弾性体を介して該響体から気中に伝搬させ音を再生することを特徴とする。
【０００７】
請求項３記載の圧電スピーカは、弾性体は、圧電振動板の全面に貼付されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項４記載の圧電スピーカは、弾性体は、圧電振動板の外周を支持することを特徴とする。
【０００９】
請求項５記載の圧電スピーカは、振動伝搬速度が前記響体よりも速く、前記弾性体の周囲を支持する振動伝達部材を備え、前記弾性体は該振動伝達部材を介して前記響体に支持されたことを特徴とする。
【００１０】
請求項６記載の圧電スピーカは、振動伝搬速度が前記響体よりも速く、前記弾性体の周囲を支持する振動伝達部材を備え、該響体に穿設された孔に該振動伝達部材を装着したことを特徴とする。
【００１１】
請求項７記載の圧電スピーカは、前記振動伝達部材が円環状の振動リングであることを特徴とする。
【００１２】
【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一例を示す組立図、図２は図１のII−II線矢視断面図である。図３は図２の振動伝達ケース部分の断面図、図４は同振動伝達ケース部分の正面図である。図５は図２の要部拡大断面図、図６は図１のVI−VI線矢視断面図である。
【００１３】
図１〜図６において、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、主に発音体である振動伝達ケース２０と振動体である響体１１，１２とにより構成されている。
【００１４】
発音体である振動伝達ケース２０は、圧電体２４、圧電振動板２３、弾性体２２及び振動リング２１により構成されている。圧電体２４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２３は金属製の円盤で、圧電体２４よりも面積が大きく、一方の面に圧電体２４が接着されたユニモルフ構造が形成されている。圧電振動板２３は、圧電体２４の機械的な歪みを音響振動に変換している。尚、ユニモルフ構造に限られるものではなく、圧電振動板２３の両面に圧電体２４を設けて、バイモルフ構造にしてもよい。また、圧電体２４は圧電性磁器に限られるものではなく圧電性を有する素材であればよく、例えば、圧電性高分子膜や圧電性複合物等であってもよい。また、圧電体２４の形状も円盤状に限られるものではなく、正方形や長方形等の形状であってもよい。
【００１５】
また、圧電振動板２３の他方の面の全面には、圧電振動板２３よりも面積が大きな薄板上の弾性体２２が貼付されている。尚、圧電振動板２３の面積は、弾性体２２の面積に近いほど弾性体２２を大きく振動させることが可能である。弾性体２２の素材としては、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。
【００１６】
弾性体２２の外周は、円環状の振動リング２１の端面に接着されている。この振動リング２１は、木製で、後述する響体１１，１２よりも振動伝搬速度が速い素材を用いた振動伝達部材である。尚、具体的な材質については響体１１，１２と同様である。また、振動リング２１の形状は、完全な円形である必要はなく、楕円形や多角形であっても構わない。
【００１７】
響体１１，１２は振動体であり、音響振動に共鳴して音響振動を音として気中に伝搬させる。響体１１，１２は木製の板材であり、軽くて弾性があり音響振動の振動伝搬速度が速く内部損失の小さな素材が適している。具体的には、スプルース材が用いられる。その他、松科の木材では、えぞ松、シトカスプルース、ドイツトウヒ、モミ、スイスパイン等、杉科の木材では、セドル（南米杉）、アメリカン・セドル（米杉）、シプレス（いとすぎ）等を用いることもできる。また、木材に限られるものではなく、カーボン・ファイバ、カーボン・グラファイト、ガラス、陶磁器等も使用可能であり、振動体（共鳴板）として使用可能な材質であればよい。当然、上記素材の複合物であってもよい。
【００１８】
響体１１，１２の裏面には、角棒である響棒１４ａ，響棒１４ｂ，響棒１４ｃが最上部、中段及び最下部に左右に渡って接着されている。響棒１４ａ，響棒１４ｂ，響棒１４ｃの響体１１，１２との接着面には弧がつけられており、その弧に沿うように響体１１，１２は凸状に反り、クラウンが形成されている。尚、響体１１，１２の木目は、縦方向に伸びており、響棒１４ａ，響棒１４ｂ，響棒１４ｃの木目は、響体１１，１２の木目に対して交叉している。スプルース材の音響振動の振動伝搬速度は、木目方向に対し木目を横切る方向は、その約３分の１程度であるものの、木目を横切る方向に響棒１４ａ，響棒１４ｂ，響棒１４ｃの木目が伸びていることから、響体１１，１２の振動伝搬速度は、板内で平均化されている。尚、響棒１４ａ，響棒１４ｂ，響棒１４ｃの本数は、響体１１，１２の面積、形状等により適宜定める。また、響板１１，響板１２はあらかじめ曲面を削り込んであってもよく、この場合にはクラウンを作る必要はなく、響棒１４ａ，響棒１４ｂ，響棒１４ｃもクラウンを作るための補強的役割はなく、木目の縦方向と木目の横方向の伝搬速度を平均化するために接着される。
【００１９】
また、響板１１と響体１２とはそれぞれの響棒１４ａ，響棒１４ｂ，響棒１４ｃの両端の接合棒１５を介して接着される。この接着された響板１１，１２に横板１３ａ、側板１３ｂ，１３ｃ、底板１３ｄを接着することにより、組み立てられた響板１１，１２は響胴となる。また、響板１１には孔１６ａが穿たれ、この孔１６ａからは響胴の内部で発生した共鳴音が前方へ放射される。また、天板１３ａ、側板１３ｂ，１３ｃにはそれぞれに孔１６ｂが穿たれていて、この穿たれた孔１６ｂからは響胴の内部で発生した共鳴音が左右および上方へと放射される。尚、孔１６ｂの数は任意に栓（図示せず）をして増減されてもよい。また、この孔１６ｂは穿たなくてもよい。
【００２０】
振動伝達ケース２０は、響体１１，１２に穿設された孔１１ａ，１２ａに挿嵌され、振動リング２１の外周がこの孔１１ａ，１２ａの内周に密接する。尚、響体１１，１２に挿嵌される振動伝達ケース２０の数は、響体１１，１２の大きさ、形状や必要な音圧にとり適宜定める。また、両方の響体１１，１２に振動伝達ケース２０を設けず、一方であってもよい。また、響胴を形成することに限られず、響体１１，１２を一枚のみ用いることも可能である。
【００２１】
次に、本実施例の圧電スピーカ１の動作を説明する。まず、圧電体２４に接続された電線（図示せず）を介して、音響信号である電気信号を圧電体２４に印加する。この電気信号により圧電体２４は歪みを生じ、圧電振動板２３を前後に伸縮・振動させる。圧電振動板２３の振動は、すなわち、圧電体２４に印加した音響信号に見合った音響振動である。圧電振動板２３の音響振動は、弾性体２２を介して振動リング２１に伝わり、さらに振動リング２２を介して、響体１１，１２に伝えられる。響体１１，１２は、伝えられた音響振動に共鳴して、より大きな振幅で振動する。このことにより、圧電振動板２３の振幅に比べて十分大きな音響振動が、音として響体１１，１２より気中に発せられる。
【００２２】
本実施例の圧電スピーカ１によれば、圧電振動板２３が発した音響振動は弾性体２２を介して響体１１，１２により共鳴増幅されて気中に伝搬される。このため、面積の小さな圧電振動板２３を用いても低音域の音圧が確保されると共に、圧電体２４の厚みは薄いままなので高周波応答の劣化が抑えられ、低音域から高音域にわたる広い範囲の音の再生が可能である。
【００２３】
また、弾性体２２が圧電振動板２３の全面に貼付され圧電振動板２３を支持していることから、圧電振動板２３の音響振動を無駄なく効率的に響体１１，１２に伝搬させ再生することが可能である。
【００２４】
また、振動伝搬速度が響体１１，１２よりも速く、弾性体２５の周囲を支持する振動リング２１を、響体１１，１２に穿設された孔１１ａ，１２ａに挿嵌している。すなわち、弾性体２２及び振動リング２１を介して、圧電振動板２３を響体１１，１２に連結しており、圧電振動板２３から発せられた音響振動が段階的に響体１１，１２に伝搬される。このため、機械インピーダンスの急激な変化を軽減し損失を抑え、効率的に音響振動を響体１１，１２に伝搬させることができる。このためには、当然、各部材の振動伝達速度の速さを、圧電振動板２３＞弾性体２２＞振動リング２１＞響体１１，１２にしておく必要がある。
【００２５】
尚、弾性体２２の形状は、前記のように圧電振動板２３の全面に貼付可能なものに限られない。例えば、図７に示すように、弾性体２５をリング状に形成し、圧電振動板２３の外周を支持してもよい。このような構造の場合、圧電振動板２３の厚みは薄い状態のままであり、圧電振動板２３の高周波応答の劣化を抑え高音域の音圧を確保することが可能である。
【００２６】
また、図８に示すように、弾性体２２，２５を振動リング２１を介することなく直接響体１１，１２に固定してもよい。
また、それぞれの響体１１，１２に取り付けられる圧電体２４の向きも、一種類に限られるものではなく、図５に示すように、相反する向きであってもいいし、図９（ａ）のように、両方とも内側を向いてもいいし、図９（ｂ），（ｃ）のように、両方がいずれか一方の方向に向いていてもよい。それぞれの組み合わせにより、音圧や音響振動の位相の関係が異なってくるため、必要な音の性質に合わせて適宜最適な組み合わせを選択することになる。
【００２７】
尚、振動リング２１の形状及び振動伝達ケース２０の取り付け方法は、前述したものに限られるものではなく、図１０に示す方法であってもよい。すなわち、振動リング２６は、円筒状で、一端面には軸方向に突出する脚２６ａを複数個備えている。他端面には端面開口を塞ぐように、圧電体２４を備えた圧電振動板２３が接着された弾性体２２が固定されている。そして、図１０（ｂ）に示すように、脚２６ａを介して、振動リング２６を響体１１，１２の面に固定する。圧電振動板２３の音響振動は、弾性体２２を介して振動リング２６に伝わり、振動リング２６の脚２６ａを介して響体１１，１２に伝えられる。そして、圧電振動板２３の音響振動が音として響体１１，１２より気中に発せられる。このような構造にすることで、響体１１，１２に孔１１ａ，１２ａを穿設する必要がなく、響体１１，１２の加工が容易である。尚、脚２６ａを設けず、振動リング２６の円環状の端面を直接響体１１，１２に接着固定してもよい。
【００２８】
尚、図５に示す振動リング２１は、肉厚が均一な円環状をしているが、このように、一定の外周を有する振動リング２１に限定されるものではない。例えば、図１１に示すように、振動リング４０の弾性体２３が固定される側の外周に切欠４０ａを設け、肉厚の薄い部分を設けてもよい。このように、振動リング４０の肉厚を部分的に任意に設定することで、振動リング４０を介して響体１１に伝達される音響振動の量を容易に調整することができる。
【００２９】
また、図５に示す弾性体２３は、圧電振動板２３の全面に貼付されているが、全面に貼付されている場合に限定されるものではない。例えば、図１２に示すように、円盤状の弾性体４３の中央に孔４３ａを穿設し、圧電振動板２３の外周付近にのみ弾性体４３を貼付したものでもいい。このように、弾性体４３の貼付面積を適宜定めることにより、響体１１に伝達される音響振動の量を調整することができる。調整することにより、響体１１の振動しすぎによる音の壊れを防止することが容易となる。
【００３０】
尚、上記の説明においては、いずれも弾性体２２，２５を用いて圧電振動板２３を支持している。図１３の例では、響体１１に穿設された孔１１ａを塞ぐように圧電振動板２３を直接響体１１に固定している。圧電振動板２３が発した音響振動が直接響体１１に伝達され、この音響振動が響体１１により増幅されて気中に伝搬される。このため、面積の小さな圧電振動板２３を用いても大きな音圧で音の再生が可能である。また、図１４の例では、圧電振動板２３を振動伝達部材である振動リング２１に直接固定している。
【００３１】
図１５は、振動ボードを使用した圧電スピーカの実施例を示す（ａ）が要部正面図、（ｂ）が図３相当の断面図である。振動ボード４４は、正方形の板材の中央に圧電振動板２３の外周よりも僅かに小径な孔４４ａを穿設したものである。この振動ボード４４は、振動リング２１と同様に振動伝搬速度が響体１１，１２よりも速い素材で形成された振動伝達部材である。具体的には、スプルース材や松科の木材では、えぞ松、シトカスプルース、ドイツトウヒ、モミ、スイスパイン等、杉科の木材では、セドル（南米杉）、アメリカン・セドル（米杉）、シプレス（いとすぎ）等を用いることができる。また、木材に限られるものではなく、合成樹脂、カーボン・ファイバ、カーボン・グラファイト、ガラス、陶磁器等も使用可能であり、振動伝搬速度が響体１１，１２よりも速い素材であればよい。当然、上記素材の複合物であってもよい。
【００３２】
図１５に示す圧電スピーカは、振動ボード４４の孔４４ａを塞ぐように圧電振動板２３を固定した振動伝達ケース３３を、響体１１に孔１１ａを塞ぐように固定している。このように、振動伝搬速度が響体よりも速い振動伝達部材である振動ボード４４を介して、圧電振動板２３を響体１１に連結することにより、圧電振動板２３から発せられた音響振動が段階的に響体１１に伝搬されることになる。このため、機械インピーダンスの急激な変化が軽減され、音響振動の損失が抑えられて効率的に音響振動を響体１１に伝搬させることができる。また、振動ボード４４は板状で、圧電振動板２３の外形形状に合わせて整形し易いことから、圧電振動板２３の外形形状に依存することなく圧電振動板２３を容易に支持することが可能である。
【００３３】
図１６に示す圧電スピーカは、図１５に示す圧電スピーカの振動ボード４４を、振動リング４２に固定して、圧電振動板２３から発した音響振動を、振動ボード４４、振動リング４２、響体１１と伝えるようにしたものである。この場合の各部材の振動伝搬速度は、速いほうから振動ボード４４、振動リング４２、響体１１とするのが望ましい。
【００３４】
図１７に示す圧電スピーカは、板状の振動ボード４５を円環状に形成し、圧電振動板２３の外周を支持して振動伝達ケース３５とし、この振動伝達ケース３５を響体１１の孔１１ａに挿嵌している。振動ボード４５の素材として合成樹脂を使用し、圧電振動板２３を挟み込む状態で合成樹脂を型成形することにより、振動伝達ケース３５を形成することができる。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、圧電振動板が発した音響振動は合成樹脂製シートからなる弾性体を介して響体により増幅されて気中に伝搬される。このため、面積の小さな圧電振動板を用いても低音域の音圧が確保されると共に、圧電体の厚みは薄いままなので高周波応答の劣化が抑えられ、低音域から高音域にわたる広い範囲の音の再生が可能である。
【００３６】
請求項２の発明によれば、合成樹脂製シートのうち請求項２記載の素材を採用することにより、より低音域から高音域にわたる広い範囲の音の再生が可能である。
【００３７】
請求項３の発明によれば、弾性体が圧電振動板の全面に貼付され圧電振動板を支持していることから、圧電振動板の音響振動を無駄なく効率的に響体に伝搬させ再生することが可能である。
【００３８】
請求項４の発明によれば、弾性体が圧電振動体の外周を支持していることから圧電振動板の厚みは薄い状態のままであり、圧電振動板の高周波応答の劣化を抑え高音域の音圧を確保することが可能である。
【００３９】
請求項５の発明によれば、振動伝搬速度が響体よりも速く、前記弾性体の周囲を支持する振動伝達部材を備え、前記弾性体は該振動伝達部材を介して前記響体に支持されたので、圧電振動板から発せられた音響振動が段階的に響体に伝搬される。このため、機械インピーダンスの急激な変化を軽減し損失を抑え、効率的に音響振動を響体に伝搬させることができる。
【００４０】
請求項６の発明によれば、振動伝搬速度が響体よりも速く、弾性体の周囲を支持する振動伝達部材を、響体に穿設された孔に装着している。すなわち、弾性体及び振動伝達部材を介して、圧電振動板を響体に連結しており、圧電振動板から発せられた音響振動が段階的に響体に伝搬される。このため、機械インピーダンスの急激な変化を軽減し損失を抑え、効率的に音響振動を響体に伝搬させることができる。
【００４１】
請求項７の発明によれば、振動伝達部材として円環状の振動リングを用いていることから、響体に設ける孔は穿設が容易な丸穴でよく、圧電スピーカの製造が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る圧電スピーカの一例を示す組立図である。
【図２】図１のII−II線矢視断面図である。
【図３】図２の振動伝達ケース部分の断面図である。
【図４】同振動伝達ケース部分の正面図である。
【図５】図２の要部拡大断面図である。
【図６】図１のVI−VI線矢視断面図である。
【図７】振動伝達ケースの他の実施例を示す図３相当の断面図である。
【図８】振動伝達ケースのさらに他の実施例を示す図３相当の断面図である。
【図９】振動伝達ケースの取付の他の実施例を示す図５相当の断面図である。
【図１０】振動リングの他の実施例を示す（ａ）が組み立て図、（ｂ）が図３相当の断面図である。
【図１１】振動リングのさらに他の実施例を示す図３相当の断面図である。
【図１２】他の形状の弾性体を使用した圧電スピーカの実施例を示す（ａ）が要部背面図、（ｂ）が図３相当の断面図である。
【図１３】圧電振動板を直接響体に支持した圧電スピーカの実施例を示す図３相当の断面図である。
【図１４】圧電振動板を直接信号リングに支持した圧電スピーカの実施例を示す図３相当の断面図である。
【図１５】振動ボードを使用した圧電スピーカの実施例を示す（ａ）が要部正面図、（ｂ）が図３相当の断面図である。
【図１６】振動ボード及び振動リングを使用した圧電スピーカの実施例を示す図３相当の断面図である。
【図１７】振動ボードを使用した圧電スピーカの他の実施例を示す図３相当の断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・・・・・・圧電スピーカ
１１，１２・・・・・・響体
１４ａ〜１４ｃ・・・・響棒
１５・・・・・・・・・結合棒
２０・・・・・・・・・振動伝達ケース
２１，２６・・・・・・振動リング
２２，４１，４３・・・弾性体
２３・・・・・・・・・圧電振動板
２４・・・・・・・・・圧電体
２５・・・・・・・・・弾性体
３０〜３５・・・・・・振動伝達ケース
４０，４２・・・・・・振動リング
４４，４５・・・・・・振動ボード
【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、圧電体を備えた圧電振動板を直接ケースに固定し、圧電振動板で発せられた音響振動を気中に放出し音を再生していた。尚、該ケースは共鳴しない剛体で作られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記圧電スピーカでは、圧電体に用いる薄い圧電性磁器の強度を確保することが難しく面積の大きい圧電体を作ることが困難であることから圧電振動板の大きさも制限される。このため、大きな面積による音響振動でなければ再生が難しい低音域を所定の音量で再生することは困難である。また、厚みを厚くして大面積の圧電体が形成できて低音域を再生できたとしても、今度は、厚みが増したことで高周波応答が劣化し、高音域の再生が困難になってしまう。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、低音域から高音域にわたる広い範囲の音の再生が可能で、音響振動を無駄なく効率的に響体に伝搬させ再生することができる圧電スピーカを提供することにある。
【０００５】
【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歪みが生じる圧電体と、該圧電体に密接し、該歪みを音響振動に変換するための圧電振動板と、該音響振動に共鳴する響体と、該圧電振動板を支持するための合成樹脂製シートからなる弾性体とを備え、該圧電振動板を該響体に該弾性体を介して支持すると共に、該圧電振動板が発した音響振動を、該弾性体を介して該響体から気中に伝搬させ音を再生することを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載の圧電スピーカは、印加された電気信号により歪みが生じる圧電体と、該圧電体に密接し、該歪みを音響振動に変換するための圧電振動板と、該音響振動に共鳴する響体と、該圧電振動板を支持するためのポリ塩化ビニル、ポリアセタール繊維シート、弾性ポリエチレン、弾性ポリエステルの一群の素材のいずれか一の素材のシートからなる弾性体とを備え、該圧電振動板を該響体に該弾性体を介して支持すると共に、該圧電振動板が発した音響振動を、該弾性体を介して該響体から気中に伝搬させ音を再生することを特徴とする。
【０００７】
請求項３記載の圧電スピーカは、弾性体は、圧電振動板の全面に貼付されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項４記載の圧電スピーカは、弾性体は、圧電振動板の外周を支持することを特徴とする。
【０００９】
請求項５記載の圧電スピーカは、振動伝搬速度が前記響体よりも速く、前記弾性体の周囲を支持する振動伝達部材を備え、前記弾性体は該振動伝達部材を介して前記響体に支持されたことを特徴とする。
【００１０】
請求項６記載の圧電スピーカは、振動伝搬速度が前記響体よりも速く、前記弾性体の周囲を支持する振動伝達部材を備え、該響体に穿設された孔に該振動伝達部材を装着したことを特徴とする。
【００１１】
請求項７記載の圧電スピーカは、前記振動伝達部材が円環状の振動リングであることを特徴とする。
【００１２】
【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一例を示す組立図、図２は図１のII−II線矢視断面図である。図３は図２の振動伝達ケース部分の断面図、図４は同振動伝達ケース部分の正面図である。図５は図２の要部拡大断面図、図６は図１のVI−VI線矢視断面図である。
【００１３】
図１〜図６において、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、主に発音体である振動伝達ケース２０と振動体である響体１１，１２とにより構成されている。
【００１４】
発音体である振動伝達ケース２０は、圧電体２４、圧電振動板２３、弾性体２２及び振動リング２１により構成されている。圧電体２４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２３は金属製の円盤で、圧電体２４よりも面積が大きく、一方の面に圧電体２４が接着されたユニモルフ構造が形成されている。圧電振動板２３は、圧電体２４の機械的な歪みを音響振動に変換している。尚、ユニモルフ構造に限られるものではなく、圧電振動板２３の両面に圧電体２４を設けて、バイモルフ構造にしてもよい。また、圧電体２４は圧電性磁器に限られるものではなく圧電性を有する素材であればよく、例えば、圧電性高分子膜や圧電性複合物等であってもよい。また、圧電体２４の形状も円盤状に限られるものではなく、正方形や長方形等の形状であってもよい。
【００１５】
また、圧電振動板２３の他方の面の全面には、圧電振動板２３よりも面積が大きな薄板上の弾性体２２が貼付されている。尚、圧電振動板２３の面積は、弾性体２２の面積に近いほど弾性体２２を大きく振動させることが可能である。弾性体２２の素材としては、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。
【００１６】
弾性体２２の外周は、円環状の振動リング２１の端面に接着されている。この振動リング２１は、木製で、後述する響体１１，１２よりも振動伝搬速度が速い素材を用いた振動伝達部材である。尚、具体的な材質については響体１１，１２と同様である。また、振動リング２１の形状は、完全な円形である必要はなく、楕円形や多角形であっても構わない。
【００１７】
響体１１，１２は振動体であり、音響振動に共鳴して音響振動を音として気中に伝搬させる。響体１１，１２は木製の板材であり、軽くて弾性があり音響振動の振動伝搬速度が速く内部損失の小さな素材が適している。具体的には、スプルース材が用いられる。その他、松科の木材では、えぞ松、シトカスプルース、ドイツトウヒ、モミ、スイスパイン等、杉科の木材では、セドル（南米杉）、アメリカン・セドル（米杉）、シプレス（いとすぎ）等を用いることもできる。また、木材に限られるものではなく、カーボン・ファイバ、カーボン・グラファイト、ガラス、陶磁器等も使用可能であり、振動体（共鳴板）として使用可能な材質であればよい。当然、上記素材の複合物であってもよい。
【００１８】
響体１１，１２の裏面には、角棒である響棒１４ａ，響棒１４ｂ，響棒１４ｃが最上部、中段及び最下部に左右に渡って接着されている。響棒１４ａ，響棒１４ｂ，響棒１４ｃの響体１１，１２との接着面には弧がつけられており、その弧に沿うように響体１１，１２は凸状に反り、クラウンが形成されている。尚、響体１１，１２の木目は、縦方向に伸びており、響棒１４ａ，響棒１４ｂ，響棒１４ｃの木目は、響体１１，１２の木目に対して交叉している。スプルース材の音響振動の振動伝搬速度は、木目方向に対し木目を横切る方向は、その約３分の１程度であるものの、木目を横切る方向に響棒１４ａ，響棒１４ｂ，響棒１４ｃの木目が伸びていることから、響体１１，１２の振動伝搬速度は、板内で平均化されている。尚、響棒１４ａ，響棒１４ｂ，響棒１４ｃの本数は、響体１１，１２の面積、形状等により適宜定める。また、響板１１，響板１２はあらかじめ曲面を削り込んであってもよく、この場合にはクラウンを作る必要はなく、響棒１４ａ，響棒１４ｂ，響棒１４ｃもクラウンを作るための補強的役割はなく、木目の縦方向と木目の横方向の伝搬速度を平均化するために接着される。
【００１９】
また、響板１１と響体１２とはそれぞれの響棒１４ａ，響棒１４ｂ，響棒１４ｃの両端の接合棒１５を介して接着される。この接着された響板１１，１２に横板１３ａ、側板１３ｂ，１３ｃ、底板１３ｄを接着することにより、組み立てられた響板１１，１２は響胴となる。また、響板１１には孔１６ａが穿たれ、この孔１６ａからは響胴の内部で発生した共鳴音が前方へ放射される。また、天板１３ａ、側板１３ｂ，１３ｃにはそれぞれに孔１６ｂが穿たれていて、この穿たれた孔１６ｂからは響胴の内部で発生した共鳴音が左右および上方へと放射される。尚、孔１６ｂの数は任意に栓（図示せず）をして増減されてもよい。また、この孔１６ｂは穿たなくてもよい。
【００２０】
振動伝達ケース２０は、響体１１，１２に穿設された孔１１ａ，１２ａに挿嵌され、振動リング２１の外周がこの孔１１ａ，１２ａの内周に密接する。尚、響体１１，１２に挿嵌される振動伝達ケース２０の数は、響体１１，１２の大きさ、形状や必要な音圧にとり適宜定める。また、両方の響体１１，１２に振動伝達ケース２０を設けず、一方であってもよい。また、響胴を形成することに限られず、響体１１，１２を一枚のみ用いることも可能である。
【００２１】
次に、本実施例の圧電スピーカ１の動作を説明する。まず、圧電体２４に接続された電線（図示せず）を介して、音響信号である電気信号を圧電体２４に印加する。この電気信号により圧電体２４は歪みを生じ、圧電振動板２３を前後に伸縮・振動させる。圧電振動板２３の振動は、すなわち、圧電体２４に印加した音響信号に見合った音響振動である。圧電振動板２３の音響振動は、弾性体２２を介して振動リング２１に伝わり、さらに振動リング２２を介して、響体１１，１２に伝えられる。響体１１，１２は、伝えられた音響振動に共鳴して、より大きな振幅で振動する。このことにより、圧電振動板２３の振幅に比べて十分大きな音響振動が、音として響体１１，１２より気中に発せられる。
【００２２】
本実施例の圧電スピーカ１によれば、圧電振動板２３が発した音響振動は弾性体２２を介して響体１１，１２により共鳴増幅されて気中に伝搬される。このため、面積の小さな圧電振動板２３を用いても低音域の音圧が確保されると共に、圧電体２４の厚みは薄いままなので高周波応答の劣化が抑えられ、低音域から高音域にわたる広い範囲の音の再生が可能である。
【００２３】
また、弾性体２２が圧電振動板２３の全面に貼付され圧電振動板２３を支持していることから、圧電振動板２３の音響振動を無駄なく効率的に響体１１，１２に伝搬させ再生することが可能である。
【００２４】
また、振動伝搬速度が響体１１，１２よりも速く、弾性体２５の周囲を支持する振動リング２１を、響体１１，１２に穿設された孔１１ａ，１２ａに挿嵌している。すなわち、弾性体２２及び振動リング２１を介して、圧電振動板２３を響体１１，１２に連結しており、圧電振動板２３から発せられた音響振動が段階的に響体１１，１２に伝搬される。このため、機械インピーダンスの急激な変化を軽減し損失を抑え、効率的に音響振動を響体１１，１２に伝搬させることができる。このためには、当然、各部材の振動伝達速度の速さを、圧電振動板２３＞弾性体２２＞振動リング２１＞響体１１，１２にしておく必要がある。
【００２５】
尚、弾性体２２の形状は、前記のように圧電振動板２３の全面に貼付可能なものに限られない。例えば、図７に示すように、弾性体２５をリング状に形成し、圧電振動板２３の外周を支持してもよい。このような構造の場合、圧電振動板２３の厚みは薄い状態のままであり、圧電振動板２３の高周波応答の劣化を抑え高音域の音圧を確保することが可能である。
【００２６】
また、図８に示すように、弾性体２２，２５を振動リング２１を介することなく直接響体１１，１２に固定してもよい。
また、それぞれの響体１１，１２に取り付けられる圧電体２４の向きも、一種類に限られるものではなく、図５に示すように、相反する向きであってもいいし、図９（ａ）のように、両方とも内側を向いてもいいし、図９（ｂ），（ｃ）のように、両方がいずれか一方の方向に向いていてもよい。それぞれの組み合わせにより、音圧や音響振動の位相の関係が異なってくるため、必要な音の性質に合わせて適宜最適な組み合わせを選択することになる。
【００２７】
尚、振動リング２１の形状及び振動伝達ケース２０の取り付け方法は、前述したものに限られるものではなく、図１０に示す方法であってもよい。すなわち、振動リング２６は、円筒状で、一端面には軸方向に突出する脚２６ａを複数個備えている。他端面には端面開口を塞ぐように、圧電体２４を備えた圧電振動板２３が接着された弾性体２２が固定されている。そして、図１０（ｂ）に示すように、脚２６ａを介して、振動リング２６を響体１１，１２の面に固定する。圧電振動板２３の音響振動は、弾性体２２を介して振動リング２６に伝わり、振動リング２６の脚２６ａを介して響体１１，１２に伝えられる。そして、圧電振動板２３の音響振動が音として響体１１，１２より気中に発せられる。このような構造にすることで、響体１１，１２に孔１１ａ，１２ａを穿設する必要がなく、響体１１，１２の加工が容易である。尚、脚２６ａを設けず、振動リング２６の円環状の端面を直接響体１１，１２に接着固定してもよい。
【００２８】
尚、図５に示す振動リング２１は、肉厚が均一な円環状をしているが、このように、一定の外周を有する振動リング２１に限定されるものではない。例えば、図１１に示すように、振動リング４０の弾性体２３が固定される側の外周に切欠４０ａを設け、肉厚の薄い部分を設けてもよい。このように、振動リング４０の肉厚を部分的に任意に設定することで、振動リング４０を介して響体１１に伝達される音響振動の量を容易に調整することができる。
【００２９】
また、図５に示す弾性体２３は、圧電振動板２３の全面に貼付されているが、全面に貼付されている場合に限定されるものではない。例えば、図１２に示すように、円盤状の弾性体４３の中央に孔４３ａを穿設し、圧電振動板２３の外周付近にのみ弾性体４３を貼付したものでもいい。このように、弾性体４３の貼付面積を適宜定めることにより、響体１１に伝達される音響振動の量を調整することができる。調整することにより、響体１１の振動しすぎによる音の壊れを防止することが容易となる。
【００３０】
尚、上記の説明においては、いずれも弾性体２２，２５を用いて圧電振動板２３を支持している。図１３の例では、響体１１に穿設された孔１１ａを塞ぐように圧電振動板２３を直接響体１１に固定している。圧電振動板２３が発した音響振動が直接響体１１に伝達され、この音響振動が響体１１により増幅されて気中に伝搬される。このため、面積の小さな圧電振動板２３を用いても大きな音圧で音の再生が可能である。また、図１４の例では、圧電振動板２３を振動伝達部材である振動リング２１に直接固定している。
【００３１】
図１５は、振動ボードを使用した圧電スピーカの実施例を示す（ａ）が要部正面図、（ｂ）が図３相当の断面図である。振動ボード４４は、正方形の板材の中央に圧電振動板２３の外周よりも僅かに小径な孔４４ａを穿設したものである。この振動ボード４４は、振動リング２１と同様に振動伝搬速度が響体１１，１２よりも速い素材で形成された振動伝達部材である。具体的には、スプルース材や松科の木材では、えぞ松、シトカスプルース、ドイツトウヒ、モミ、スイスパイン等、杉科の木材では、セドル（南米杉）、アメリカン・セドル（米杉）、シプレス（いとすぎ）等を用いることができる。また、木材に限られるものではなく、合成樹脂、カーボン・ファイバ、カーボン・グラファイト、ガラス、陶磁器等も使用可能であり、振動伝搬速度が響体１１，１２よりも速い素材であればよい。当然、上記素材の複合物であってもよい。
【００３２】
図１５に示す圧電スピーカは、振動ボード４４の孔４４ａを塞ぐように圧電振動板２３を固定した振動伝達ケース３３を、響体１１に孔１１ａを塞ぐように固定している。このように、振動伝搬速度が響体よりも速い振動伝達部材である振動ボード４４を介して、圧電振動板２３を響体１１に連結することにより、圧電振動板２３から発せられた音響振動が段階的に響体１１に伝搬されることになる。このため、機械インピーダンスの急激な変化が軽減され、音響振動の損失が抑えられて効率的に音響振動を響体１１に伝搬させることができる。また、振動ボード４４は板状で、圧電振動板２３の外形形状に合わせて整形し易いことから、圧電振動板２３の外形形状に依存することなく圧電振動板２３を容易に支持することが可能である。
【００３３】
図１６に示す圧電スピーカは、図１５に示す圧電スピーカの振動ボード４４を、振動リング４２に固定して、圧電振動板２３から発した音響振動を、振動ボード４４、振動リング４２、響体１１と伝えるようにしたものである。この場合の各部材の振動伝搬速度は、速いほうから振動ボード４４、振動リング４２、響体１１とするのが望ましい。
【００３４】
図１７に示す圧電スピーカは、板状の振動ボード４５を円環状に形成し、圧電振動板２３の外周を支持して振動伝達ケース３５とし、この振動伝達ケース３５を響体１１の孔１１ａに挿嵌している。振動ボード４５の素材として合成樹脂を使用し、圧電振動板２３を挟み込む状態で合成樹脂を型成形することにより、振動伝達ケース３５を形成することができる。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、圧電振動板が発した音響振動は合成樹脂製シートからなる弾性体を介して響体により増幅されて気中に伝搬される。このため、面積の小さな圧電振動板を用いても低音域の音圧が確保されると共に、圧電体の厚みは薄いままなので高周波応答の劣化が抑えられ、低音域から高音域にわたる広い範囲の音の再生が可能である。
【００３６】
請求項２の発明によれば、合成樹脂製シートのうち請求項２記載の素材を採用することにより、より低音域から高音域にわたる広い範囲の音の再生が可能である。
【００３７】
請求項３の発明によれば、弾性体が圧電振動板の全面に貼付され圧電振動板を支持していることから、圧電振動板の音響振動を無駄なく効率的に響体に伝搬させ再生することが可能である。
【００３８】
請求項４の発明によれば、弾性体が圧電振動体の外周を支持していることから圧電振動板の厚みは薄い状態のままであり、圧電振動板の高周波応答の劣化を抑え高音域の音圧を確保することが可能である。
【００３９】
請求項５の発明によれば、振動伝搬速度が響体よりも速く、前記弾性体の周囲を支持する振動伝達部材を備え、前記弾性体は該振動伝達部材を介して前記響体に支持されたので、圧電振動板から発せられた音響振動が段階的に響体に伝搬される。このため、機械インピーダンスの急激な変化を軽減し損失を抑え、効率的に音響振動を響体に伝搬させることができる。
【００４０】
請求項６の発明によれば、振動伝搬速度が響体よりも速く、弾性体の周囲を支持する振動伝達部材を、響体に穿設された孔に装着している。すなわち、弾性体及び振動伝達部材を介して、圧電振動板を響体に連結しており、圧電振動板から発せられた音響振動が段階的に響体に伝搬される。このため、機械インピーダンスの急激な変化を軽減し損失を抑え、効率的に音響振動を響体に伝搬させることができる。
【００４１】
請求項７の発明によれば、振動伝達部材として円環状の振動リングを用いていることから、響体に設ける孔は穿設が容易な丸穴でよく、圧電スピーカの製造が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る圧電スピーカの一例を示す組立図である。
【図２】図１のII−II線矢視断面図である。
【図３】図２の振動伝達ケース部分の断面図である。
【図４】同振動伝達ケース部分の正面図である。
【図５】図２の要部拡大断面図である。
【図６】図１のVI−VI線矢視断面図である。
【図７】振動伝達ケースの他の実施例を示す図３相当の断面図である。
【図８】振動伝達ケースのさらに他の実施例を示す図３相当の断面図である。
【図９】振動伝達ケースの取付の他の実施例を示す図５相当の断面図である。
【図１０】振動リングの他の実施例を示す（ａ）が組み立て図、（ｂ）が図３相当の断面図である。
【図１１】振動リングのさらに他の実施例を示す図３相当の断面図である。
【図１２】他の形状の弾性体を使用した圧電スピーカの実施例を示す（ａ）が要部背面図、（ｂ）が図３相当の断面図である。
【図１３】圧電振動板を直接響体に支持した圧電スピーカの実施例を示す図３相当の断面図である。
【図１４】圧電振動板を直接信号リングに支持した圧電スピーカの実施例を示す図３相当の断面図である。
【図１５】振動ボードを使用した圧電スピーカの実施例を示す（ａ）が要部正面図、（ｂ）が図３相当の断面図である。
【図１６】振動ボード及び振動リングを使用した圧電スピーカの実施例を示す図３相当の断面図である。
【図１７】振動ボードを使用した圧電スピーカの他の実施例を示す図３相当の断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・・・・・・圧電スピーカ
１１，１２・・・・・・響体
１４ａ〜１４ｃ・・・・響棒
１５・・・・・・・・・結合棒
２０・・・・・・・・・振動伝達ケース
２１，２６・・・・・・振動リング
２２，４１，４３・・・弾性体
２３・・・・・・・・・圧電振動板
２４・・・・・・・・・圧電体
２５・・・・・・・・・弾性体
３０〜３５・・・・・・振動伝達ケース
４０，４２・・・・・・振動リング
４４，４５・・・・・・振動ボード
Claims (7)
- 印加された電気信号により歪みが生じる圧電体と、該圧電体に密接し、該歪みを音響振動に変換するための圧電振動板と、該音響振動に共鳴する響体と、該圧電振動板を支持するための合成樹脂製シートからなる弾性体とを備え、該圧電振動板を該響体に該弾性体を介して支持すると共に、該圧電振動板が発した音響振動を、該弾性体を介して該響体から気中に伝搬させ音を再生することを特徴とする圧電スピーカ。
- 印加された電気信号により歪みが生じる圧電体と、該圧電体に密接し、該歪みを音響振動に変換するための圧電振動板と、該音響振動に共鳴する響体と、該圧電振動板を支持するためのポリ塩化ビニル、ポリアセタール繊維シート、弾性ポリエチレン、弾性ポリエステルの一群の素材のいずれか一の素材のシートからなる弾性体とを備え、該圧電振動板を該響体に該弾性体を介して支持すると共に、該圧電振動板が発した音響振動を、該弾性体を介して該響体から気中に伝搬させ音を再生することを特徴とする圧電スピーカ。
- 前記弾性体は、前記圧電振動板の全面に貼付されていることを特徴とする請求項１または２記載の圧電スピーカ。
- 前記弾性体は、前記圧電振動板の外周を支持することを特徴とする請求項１または２記載の圧電スピーカ。
- 振動伝搬速度が前記響体よりも速く、前記弾性体の周囲を支持する振動伝達部材を備え、前記弾性体は該振動伝達部材を介して前記響体に支持されたことを特徴とする請求項１〜請求項４記載の圧電スピーカ。
- 振動伝搬速度が前記響体よりも速く、前記弾性体の周囲を支持する振動伝達部材を備え、該響体に穿設された孔に該振動伝達部材を装着したことを特徴とする請求項１〜請求項４記載の圧電スピーカ。
- 前記振動伝達部材が円環状の振動リングであることを特徴とする請求項６記載の圧電スピーカ。
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