JP4564879B2 - Piezoelectric vibration element and voice conversion device including the piezoelectric vibration element - Google Patents
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Description
本発明は圧電振動素子に係り、特に、スピーカやレシーバ或いはマイクなどの材料として使用可能な圧電振動素子及び該圧電振動素子を備えた音声変換装置に関する。 The present invention relates to a piezoelectric vibration element, and more particularly, to a piezoelectric vibration element that can be used as a material such as a speaker, a receiver, or a microphone, and a sound conversion device including the piezoelectric vibration element.
携帯電話やPDA或いはノートパソコン等の小型電子機器において、音声入出力のためのスピーカやレシーバ或いはマイクなどの材料として、小型かつ軽量であり、省エネルギーで、液晶表示装置と併せて用いる場合などに磁歪を生じないという特徴から、圧電振動素子が使用されている。 In small electronic devices such as mobile phones, PDAs, notebook computers, etc., it is small and lightweight as a material for speakers, receivers or microphones for voice input / output, energy saving, and magnetostriction when used in conjunction with liquid crystal display devices. The piezoelectric vibration element is used from the feature that does not occur.
圧電振動素子からなる圧電スピーカは、振動板に圧電素子としての圧電セラミックス板が貼着され、この圧電セラミックス板に電圧を印加することによって振動を生じさせ、音を発生させるものである。 A piezoelectric speaker made of a piezoelectric vibration element is one in which a piezoelectric ceramic plate as a piezoelectric element is attached to a vibration plate, and a voltage is applied to the piezoelectric ceramic plate to generate vibration and generate sound.
従来の圧電スピーカでは、振動板の周辺部分が枠体に固着された構造とされており、振動板が枠体で拘束されてしまうため、高域では高い音圧が得られるのに対し、低域では十分な音圧が得られないという問題があった。 The conventional piezoelectric speaker has a structure in which the peripheral portion of the diaphragm is fixed to the frame, and the diaphragm is constrained by the frame. There was a problem that sufficient sound pressure could not be obtained in the region.
上記問題を解決するために、振動板の周辺部に樹脂シートを接着し、この樹脂シートが枠体に挟持されることによって振動板が支持された構成の圧電スピーカが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In order to solve the above problem, a piezoelectric speaker having a configuration in which a diaphragm is supported by adhering a resin sheet to the periphery of the diaphragm and sandwiching the resin sheet between frames is proposed (for example, Patent Document 1).
この技術では、振動板が枠体で押えられない構造となるため、振動が枠体によって抑圧されなくなる。このため、振動板の振動を抑圧する程度が小さくなり、広い帯域の振動を得ることが可能となる。
本発明者は、広帯域での音圧及び音質の向上を課題として各種の実験を行い、その結果、樹脂シートや圧電振動素子の形状を変更することで、広帯域での音圧の確保と、フラットな周波数特性が得られることを発見し、本発明をするに至った。 The present inventor conducted various experiments for the purpose of improving the sound pressure and sound quality in a wide band, and as a result, by changing the shape of the resin sheet and the piezoelectric vibration element, the sound pressure in the wide band was secured and the flatness was improved. As a result, it has been found that an excellent frequency characteristic can be obtained, and the present invention has been achieved.
本発明の目的は、広帯域での音圧及び音質を向上させた圧電振動素子及び該圧電振動素子を備えた音声変換装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a piezoelectric vibration element with improved sound pressure and sound quality in a wide band, and a sound conversion device including the piezoelectric vibration element.
本発明の請求項1に係る圧電振動素子は、振動板と、該振動板に取着された圧電素子とを備え、枠体に保持される圧電振動素子において、前記振動板には樹脂シートが接着され、該樹脂シートを介して前記振動板が前記枠体に保持され、前記樹脂シートには前記圧電振動素子が露見して配設される取付孔が設けられると共に、該取付孔に架設され前記圧電振動素子の一部を被覆して保持する被覆部が設けられた、ことを特徴とする。
A piezoelectric vibration element according to
このように、圧電振動素子を樹脂シートを介して枠体に保持する構成とすることにより、圧電振動素子を拘束することなく支持することができるので、圧電振動素子を振動し易くし、低い周波数帯域を含む広帯域での振動を得ることが可能となる。
また、圧電振動素子の一部を樹脂シートで被覆して保持する構成とすることにより、圧電振動素子のあばれを制御し、これにより広帯域にわたってフラットな音響特性を得ることが可能となる。
In this way, by adopting a configuration in which the piezoelectric vibration element is held on the frame body via the resin sheet, the piezoelectric vibration element can be supported without being constrained, so that the piezoelectric vibration element is easily vibrated and has a low frequency. It is possible to obtain vibration in a wide band including the band.
In addition, by adopting a configuration in which a part of the piezoelectric vibration element is covered with a resin sheet and held, it is possible to control the exposure of the piezoelectric vibration element, thereby obtaining flat acoustic characteristics over a wide band.
樹脂シートの具体的な構成は、次の通りである。前記被覆部は前記圧電振動素子の略中央に位置しており、外周部に円弧状の外縁を備えた形状に形成されている。前記外縁のうち、対向する外縁は同形状の円弧から形成され、これらの円弧は同一仮想線上に中心点を有する仮想円の一部を構成するものである。 The specific configuration of the resin sheet is as follows. The covering portion is located substantially at the center of the piezoelectric vibration element, and is formed in a shape having an arcuate outer edge on the outer peripheral portion. Of the outer edges, the opposing outer edges are formed from arcs of the same shape, and these arcs constitute a part of a virtual circle having a center point on the same virtual line.
なお、前記円弧を形成する仮想円の半径長さは、前記圧電振動素子の大きさに対応して変更される。
前記樹脂シートの前記振動板の周縁部を被覆する部分と、前記被覆部との間には連結部が設けられている。
The radius length of the virtual circle forming the arc is changed according to the size of the piezoelectric vibration element.
A connecting portion is provided between a portion of the resin sheet that covers the peripheral portion of the diaphragm and the covering portion.
上記形状の樹脂シートで被覆されることにより、前記圧電振動素子には前記樹脂シートを挟んで対称な露出面が二組形成される。 By being covered with the resin sheet having the above shape, two sets of symmetrical exposed surfaces are formed on the piezoelectric vibration element with the resin sheet interposed therebetween.
また、前記樹脂シートは発泡シリコンからなると好適である。 The resin sheet is preferably made of foamed silicon.
以上のように、本発明の圧電振動素子によれば、広帯域にわたってフラットな音響特性を得ることが可能となる。したがって、上記圧電振動素子を、スピーカ,レシーバ,マイク等の音声変換装置に利用すると、これらの音声変換装置において音圧及び音質を向上させることが可能となる。 As described above, according to the piezoelectric vibration element of the present invention, it is possible to obtain flat acoustic characteristics over a wide band. Therefore, when the piezoelectric vibration element is used in a sound conversion device such as a speaker, a receiver, or a microphone, it is possible to improve sound pressure and sound quality in these sound conversion devices.
本発明の圧電振動素子によれば、広帯域の音声の再生に対応し、各音域で従来よりも高い音圧が得られ、しかも広帯域にわたってフラットな音響特性を得ることが可能となる。
したがって、本発明の圧電振動素子を圧電スピーカ等の音声変換装置に使用すれば、高音質の音声を発生させることが可能となる。
According to the piezoelectric vibration element of the present invention, it is possible to cope with the reproduction of a wideband sound, obtain a higher sound pressure in each sound range than before, and obtain flat acoustic characteristics over a wide band.
Therefore, if the piezoelectric vibration element of the present invention is used in a sound conversion device such as a piezoelectric speaker, it is possible to generate high-quality sound.
以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する部材,配置等は本発明を限定するものでなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The members, arrangements, and the like described below are not intended to limit the present invention and can be variously modified within the scope of the gist of the present invention.
図1乃至図4は本発明の一実施形態に係るものであり、図1は本発明の圧電振動素子を使用した圧電スピーカの正面図、図2は図1の圧電スピーカの分解斜視図、図3は図1の圧電スピーカの被覆部の説明図、図4は図1の圧電スピーカの周波数特性を示すグラフ図である。 1 to 4 relate to an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a front view of a piezoelectric speaker using the piezoelectric vibration element of the present invention. FIG. 2 is an exploded perspective view of the piezoelectric speaker of FIG. 3 is an explanatory diagram of a covering portion of the piezoelectric speaker of FIG. 1, and FIG. 4 is a graph showing frequency characteristics of the piezoelectric speaker of FIG.
図1は、本発明の圧電振動素子を利用して製作された圧電スピーカ1であり、圧電スピーカ1は、枠体10と、枠体10に保持される圧電振動素子20とを備えて構成されている。
FIG. 1 shows a
図2に示すように、枠体10は、上枠11と下枠12とを備え、上枠11と下枠12とはボルト13等により固定される。なお、図2ではボルト13は一つのみ図示しているが、複数のボルトで上枠11と下枠12が固定されるものである。枠体10は、この上枠11と下枠12で、圧電振動素子20の構成部材を挟持するように構成されている。
As shown in FIG. 2, the
圧電振動素子20は、振動板21と、圧電素子としての圧電セラミックス板22とから構成されている。振動板21は、厚さ0.2mm程度のアルミニウム等の金属板から形成されている。
なお、振動板21をより薄くする場合は、42アロイ等の金属板を用いると良い。
振動板21の素材としては、上記に限らず他の金属であっても良い。また、金属でなくても、振動と導通を確保できるものであれば他の素材であっても良い。例えば、薄く硬質の樹脂板に導通性を有する箔を取着したものであっても良い。
The
In addition, when making the
The material of the
振動板21は、図1及び図2に示すように、外接円を持たない多角形の形状に形成されている。本例の振動板21は細長い八角形の形状に形成されている。
圧電セラミックス板22は厚さ0.1mm程度に形成され、振動板21の中央部分に貼着されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
The piezoelectric
本例の圧電セラミックス板22は、矩形状に形成されている。圧電セラミックス板22は振動板21の片面または両面に貼り付けられる。本例では、圧電セラミックス板22は振動板21の片面に貼り付けられている。
The piezoelectric
振動板21を上記形状とすることにより、従来よりも広帯域でフラットに近い周波数特性が得られる。
その理由は、圧電セラミックス板22から振動板21に伝わる振動エネルギーが、従来の円形や矩形の振動板21に比して、中心から周縁までの距離の違いにより多種類発生することで、周波数特性のピークやディップが補正されるためである。
By making the
The reason for this is that the vibration energy transmitted from the piezoelectric
なお、振動板21の形状は、本実施例で示す形状に限らず、レモンの形状のように少なくとも対向する2つ以上の角を持ち、角と角の間を曲線で結んだ形状であっても良い。このような形状であっても、振動板21の中心点から周縁までの距離が多様になるため、広帯域でフラットに近い周波数特性を得ることができる。
In addition, the shape of the
圧電セラミックス板22の両面には銀等の電極が形成されている。この電極には、駆動回路と接続されるリード線24が取り付けられる。なお、振動板21が金属である場合は、振動板21を圧電セラミックス板22の一方の電極とすることもでき、本例ではそのような構成にしている。
Electrodes of silver or the like are formed on both surfaces of the piezoelectric
振動板21には、発泡シリコンからなる樹脂シート30が接着されており、この樹脂シート30を介して枠体10に取り付けられている。
樹脂シート30は振動板21の取付孔31を備え、この取付孔31の周囲の保持部32で、振動板21の周縁部21aを挟持するように構成されている。
また、樹脂シート30は、圧電セラミックス板22の四隅を挟持している。このようにして、樹脂シート30に圧電振動素子20が保持されている。
なお、小型で薄型の圧電振動素子20を作成する場合は、樹脂シート30として、合成樹脂を主原料とする合成紙(例えばカルレ等)を用いると良い。
A
The
The
In addition, when producing the small and thin
本例では、二枚の樹脂シート30で振動板21及び圧電セラミックス板22を挟んで取り付けている。
二枚の樹脂シート30は振動板21及び圧電セラミックス板22を挟み、接着剤等により互いに貼着され、これにより圧電振動素子20を保持する。
In this example, the
The two
樹脂シート30は、枠体10の内側寸法よりも若干大きめのサイズ、すなわち枠体10において保持可能な大きさに形成されている。
この樹脂シート30が枠体10に挟持されて保持されることによって、圧電振動素子20が枠体10に支持されるように構成されている。すなわち、圧電振動素子20は、振動板21が枠体10と接点を有することなく、樹脂シート30を介して枠体10に保持される。
The
This
上記構成により、振動板21が枠体10で押えられない構造となり、その振動が枠体10によって抑圧されなくなる。したがって、振動板21固有の振動が広い周波数帯域において生じることになり、枠体10によって押えられて減衰することを防止できる。
With the above configuration, the
さらに、本例の圧電スピーカ1では、圧電振動素子20の面の一部が樹脂シート30により被覆されている。
樹脂シート30の圧電振動素子20の面の一部を被覆する部分(以下、「被覆部33」と言う)は、図1及び図3に示すように、円弧状の外縁33a,33b,33c,33dを備えた形状に形成されている。
Furthermore, in the
As shown in FIG. 1 and FIG. 3, portions (hereinafter referred to as “
これにより、圧電セラミックス板22は、中央部が被覆部33で被覆される。圧電セラミックス板22は、露出面22c,22d,22e,22fを露出させながら、樹脂シート30の被覆部33で保持されることになる。
なお、本例では、圧電スピーカ1の裏側には圧電セラミックス板22は配設されていないため、圧電スピーカ1の裏側では、被覆部33は振動板21の面を被覆する。
As a result, the piezoelectric
In this example, since the piezoelectric
外縁33aと33c、及び、外縁33bと33dは、それぞれ同じ大きさの円弧から形成されている。
また、外縁33aと33cを形成する円弧は、それぞれ、圧電セラミックス板22の辺22aに直交する仮想線L1上に中心点を有する仮想円C1、C3の一部を構成するものである。
同様に、外縁33bと33dを形成する円弧は、それぞれ、圧電セラミックス板22の辺22bに直交する仮想線L2上に中心点を有する仮想円C2、C4の一部を構成するものである。
The
The arcs forming the
Similarly, the arcs forming the
上記構成により、圧電セラミックス板22上では、樹脂シート30を挟んで対称に、露出面22cと22e、及び露出面22dと22fが現れることになる。
With the above configuration, the exposed
前記仮想円C1、C3及びC2,C4の半径長さは、圧電振動素子20の大きさに対応して変更される。
すなわち、圧電振動素子20の大きさに比例させて、仮想円C1〜C4の半径長さを変更し、被覆部33がおおむね図1に示す形状を保つようにする。
The radius lengths of the virtual circles C1, C3 and C2, C4 are changed corresponding to the size of the
That is, the radius lengths of the virtual circles C1 to C4 are changed in proportion to the size of the
図1に示すように、被覆部33は、連結部34を介して、樹脂シート30の他の部分に連結されている。すなわち、被覆部33は、振動板21の周縁部を被覆する保持部32に連結されている。
As shown in FIG. 1, the covering
本例では、被覆部33は樹脂シート30の他の部分と一体に形成されているが、これに限らず、被覆部33を別体として形成し、樹脂シート30の取付孔31に後付けで取り付けても良い。
In this example, the covering
上記構成からなる圧電スピーカ1において、リード線24を、図示しない駆動回路に接続させる。駆動回路から圧電セラミックス板22に音声信号が入力されると、圧電セラミックス板22が振動し、これにより振動板21が振動して音声が再生される。
In the
上記構成を備えた圧電スピーカ1として、次のサイズのものを作成し、音圧の測定を行った。圧電スピーカ1のサイズは、枠体10の内側寸法、すなわち圧電振動素子20の露出面が96mm×153mm、圧電セラミックス板22の大きさが横60mm×縦110mm×厚さ0.1mm、振動板21の厚さが0.2mm、樹脂シート30の被覆部33における外縁33aと33cを構成する仮想円C1、C3の半径が30mm、外縁33bと33dを構成する仮想円C2、C4の半径が85mm、連結部34の幅が2mm、に形成されている。
図4のグラフは、上記圧電スピーカ1の周波数特性を表したものである。
As the
The graph of FIG. 4 represents the frequency characteristics of the
また、図5乃至図7のグラフは、比較例1〜3に係る圧電スピーカの周波数特性を表したものである。
比較例1の圧電スピーカは、上記圧電スピーカ1において、振動板21及び圧電セラミックス板22の全面を樹脂シート30で被覆した構成である。
The graphs of FIGS. 5 to 7 represent the frequency characteristics of the piezoelectric speakers according to Comparative Examples 1 to 3.
The piezoelectric speaker of Comparative Example 1 has a configuration in which the entire surface of the
比較例2及び3の圧電スピーカは、上記圧電スピーカ1において、被覆部33を有していない構成であり、樹脂シート30で振動板21の周縁部21aのみを被覆したものである。
比較例2では、振動板21の周縁部3mmを被覆した構成、比較例3では、振動板21の周縁部5mmを被覆した構成としている。
The piezoelectric speakers of Comparative Examples 2 and 3 have a configuration in which the covering
The comparative example 2 has a configuration in which the peripheral portion 3 mm of the
周波数特性の測定は、圧電セラミックス板22に9Vの電圧を入力し、10cm離れた位置で再生された音声を測定する方法により行った。
The frequency characteristics were measured by a method in which a voltage of 9 V was input to the piezoelectric
グラフの縦軸は音圧を表し、85dBを基準値にして上限が105dB、下限が65dBになっている。
またグラフの横軸は周波数を表し、周波数帯の範囲は200Hzから20KHzになっている。
図5乃至図7のグラフを見てわかるように、比較例1の圧電スピーカは全体に音圧が低く、音声の再生が十分になされていない。これは、樹脂シート30で振動板21及び圧電セラミックス板22の全面を被覆しているので、振動が抑圧されてしまうとともに、音の伝達が十分になされないためであると考えられる。
The vertical axis of the graph represents the sound pressure. The upper limit is 105 dB and the lower limit is 65 dB with 85 dB as a reference value.
The horizontal axis of the graph represents frequency, and the frequency band range is from 200 Hz to 20 KHz.
As can be seen from the graphs of FIGS. 5 to 7, the piezoelectric speaker of Comparative Example 1 has a low sound pressure as a whole and does not sufficiently reproduce sound. This is presumably because the
また、比較例2及び比較例3の圧電スピーカは、比較例1の圧電スピーカよりも音圧は高くなっているが、周波数特性を見ると、複数の大きなピークと大きなディップを有しており、再生音質が均一になっていない。これは、圧電振動素子20を樹脂シート30で保持するときに、振動板21の周縁部21aのみで保持しているため、圧電振動素子20のあばれが大きくなってしまうためであると考えられる。
Further, the piezoelectric speakers of Comparative Example 2 and Comparative Example 3 have higher sound pressure than the piezoelectric speaker of Comparative Example 1, but when looking at the frequency characteristics, they have a plurality of large peaks and a large dip. Playback sound quality is not uniform. This is considered to be because the
これに対して、本例の圧電スピーカ1は、圧電振動素子20が露出面22c,22d,22e,22fを備えているので、適正な音圧レベルが得られている。
また、圧電振動素子20が樹脂シート30の保持部32で保持されているため、圧電振動素子20にあばれが発生することなく制御され、音圧特性においてピークとディップの差が小さくなっている。このように、本例の圧電スピーカ1によれば、全体的に見てより広帯域で高音圧であり、さらに再生音質のバラツキが少なくなっている。
On the other hand, in the
In addition, since the
なお、振動板21及び圧電セラミックス板22は、上記形状には限定されず、円形や矩形等、他の形状であっても良い。
また、樹脂シート30の被覆部33についても、上記形状には限定されず、取付孔31に架設されて圧電振動素子20の一部を被覆し、圧電振動素子20のあばれを抑えて音圧及び音質を向上させるように機能するものであれば良く、どのような形状であっても良いものである。
The
Further, the covering
図8は本発明の他の実施例を示す説明図、図9は参考例を示す説明図である。他の実施例及び参考例において前記実施例と同様部材等には同一符号を付してその説明を省略する。
図8の圧電スピーカ1は、圧電セラミックス板22の形状が、振動板21と同形状、すなわち外接円を持たない多角形の形状に形成されている。圧電セラミックス板22は、振動板21よりも一回り小さいサイズに形成されている。
そして、振動板には発泡シリコンからなる樹脂シート30が接着されており、この樹脂シート30を介して枠体10に取り付けられ、圧電振動素子20の面の一部が樹脂シート30の被覆部33で被覆されている。
FIG. 8 is an explanatory view showing another embodiment of the present invention , and FIG. 9 is an explanatory view showing a reference example . In other examples and reference examples, the same reference numerals are given to the same members as those in the previous example, and the description thereof is omitted.
In the
A
図9の圧電スピーカ1は、図8の実施例と同様に、圧電セラミックス板22の形状が、振動板21と同形状の多角形に形成されており、さらに、樹脂シート30が被覆部33を備えない構成とされている。
In the
すなわち、図9の圧電振動素子20は、外接円を持たない多角形の形状の振動板21と、外接円を持たない多角形の形状の圧電セラミックス板22から構成され、圧電振動素子20は樹脂シート30の取付孔31の周囲の保持部32で保持され、樹脂シート30の取付孔31から、略全面が露見するように構成されている。
図8の実施例及び図9の参考例では、振動板21と圧電セラミックス板22とが、共に外接円を持たない多角形に形成されているため、振動板21及び圧電セラミックス板22の両方において、中心点から周縁までの距離が多様になり、多種類の振動エネルギーを発生させることができ、よりフラットな音圧特性を得ることが可能となる。
That is, the
In the embodiment of FIG. 8 and the reference example of FIG. 9 , both the
なお、本実施例では、枠体10で圧電振動素子を支持する構造を示したが、圧電振動素子をケースで直接支持する構造の圧電スピーカにも利用可能である。
In the present embodiment, the structure in which the piezoelectric vibration element is supported by the
また、本実施例では、圧電振動素子を圧電スピーカに適用した構成を示したが、これに限らず、圧電振動素子を圧電レシーバやマイクなど、他の音声変換装置に用いることも可能である。 In this embodiment, the piezoelectric vibration element is applied to the piezoelectric speaker. However, the present invention is not limited to this, and the piezoelectric vibration element can be used for other sound conversion devices such as a piezoelectric receiver and a microphone.
1 圧電スピーカ
10 枠体
11 上枠
12 下枠
13 ボルト
20 圧電振動素子
21 振動板
21a 周縁部
22 圧電セラミックス板(圧電素子)
22a,22b 辺
22c,22d,22e,22f 露出面
24 リード線
30 樹脂シート
31 取付孔
32 保持部(振動板の周縁部を被覆する部分)
33 被覆部
33a〜33d 外縁
34 連結部
C1〜C4 仮想円
L1、L2 仮想線
DESCRIPTION OF
22a,
33 coating | cover
Claims (9)
前記樹脂シートには前記圧電振動素子が露見して配設される取付孔が設けられると共に、
該取付孔に架設され前記圧電振動素子の一部を被覆して保持する被覆部が設けられたことを特徴とする圧電振動素子。 In the piezoelectric vibration element that includes a diaphragm and a piezoelectric element attached to the diaphragm, and is held by a frame, a resin sheet is bonded to the diaphragm, and the diaphragm is interposed through the resin sheet. Held by the frame,
The resin sheet is provided with a mounting hole in which the piezoelectric vibration element is exposed and disposed,
A piezoelectric vibration element, characterized in that a covering portion is provided to cover and hold a part of the piezoelectric vibration element that is installed in the mounting hole.
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