JPH0117119B2

JPH0117119B2 -

Info

Publication number: JPH0117119B2
Application number: JP55159950A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Toyoda
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1980-11-13
Filing date: 1980-11-13
Publication date: 1989-03-29
Also published as: JPS5784382A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、外装ケース、特に裏蓋に圧電素子を
貼付してなる腕時計用圧電ブザーに関するもの
で、その主な目的は腕時計の携帯時と非携帯時に
おけるブザー音圧差を少なくすることにある。

圧電ブザーは、周知のように金属板などの振動
板と圧電素子を接着剤等で貼り合わせた構造で、
振動板として外装ケースの風防ガラスや裏蓋を用
いている。いずれも構造が簡単であり、比較的少
ない消費電流で大きな音を出すことができるので
近年これらのアラーム構造を採用する製品が市場
で多く見られる。しかし実用化には種々の問題点
がある。これを少し実施例を用いて説明する。

第１図に、風防ガラス１の外周に圧電素子２を
貼付した構造の圧電ブザーを示す。この構造の場
合、振動板となる風防ガラス１が常に表面に出て
いるため、携帯時に風防ガラスに触れない限り音
圧の変化はない。しかし、パネル３は大きく外装
ケース４は小さくした小型で表示面積の大きい時
計が望まれるため、圧電素子２を貼付できる面積
は極めて少ないのが常である。そのため音圧はあ
まり大きくできず、また風防ガラス外端で駆動し
振動の中心近傍を駆動できないため複雑な振動モ
ードになり音色が悪い。これに対して、第２図の
ように裏蓋５に圧電素子２を貼付する構造の圧電
ブザーは、裏蓋全体を振動板としているため駆動
力となる圧電素子面積を大きく取ることができる
こと、また振動も放音板の中心近傍を駆動できる
ため最低次の固有振動数を与える単振動モードと
なることより音圧は大きく音色もよい。しかしな
がらこのように利点を有する第２図の圧電ブザー
も、振動板が裏蓋であることから、腕時計携帯
時、腕（皮膚）に裏蓋が接触し、振動部を腕が覆
うことになり当然の結果として音圧が減少し実用
化に際しては問題となつた。

本発明はこの音量減少のメカニズムの解明を軸
として、常識ともいえる音圧減少を極力少なくし
第２図に示した様な裏蓋に直接圧電素子を貼付す
るだけの簡単な構造で、実用に値する圧電ブザー
を提供することが目的である。以下本発明を順次
具体的に説明する。

圧電ブザーの駆動回路は第３図のように、圧電
素子２と昇圧コイル６とを並列に結線し、これに
パルス波７を加え、パルス波の切れる瞬間に発生
する昇圧コイル６の自己誘導電圧を圧電素子に印
加して発音させる方式のものが多い。この駆動方
式の場合の周波数特性は、裏蓋を腕につけないで
測定した場合、第４図の実線のようになる。横軸
は周波数、縦軸は音圧である。昇圧コイルの自己
誘導電圧の圧電素子への印加の周期が、圧電ブザ
ーの固有周波数₀の整数分の１になると、圧電素
子２の振動によつて発生する電圧と印加電圧の極
性が一致し圧電素子の振動が励振される。この結
果、第４図の実線のように固有周波数₀と、₀の
整数分の１の周波数の位置で音圧が増大する。尚
このような周波数特性は、裏蓋支持部からの振動
もれの少ない、裏蓋とケースの金属同士が直接係
合されるスナツプ形式もしくはネジ締め形式の場
合に顕著であり、係合が緩い場合あるいは弾性材
を介在させたような構造ではあてはまらない。

次に時計を腕につけた携帯時を調べる。ごく自
然な携帯状態のときを観察すると、裏蓋全体がほ
ぼ腕の皮膚内に没した状態であり、この時の周波
数特性は第４図の破線のようになる。時計を意図
的に腕に強く押しつけてもこの特性はほとんど変
化せず、第４図破線はほぼ携帯時の周波数特性と
考えても問題ない。第４図の測定結果から次の事
がわかる。

(1) 腕によつて裏蓋の振動が抑えられ音圧は全体
に減衰する。

(2) 裏蓋の放音が大気（空気）中への放音から腕
の皮膚への放音に変化するため、裏蓋の振動系
に音の放射インピーダンスにより起因する等価
質量が付加され、裏蓋の固有周波数は減少す
る。

裏蓋を振動板と見た時、裏蓋質量をＭ、裏蓋の
バネ定数をＫとすると、振動学で周知のように固
有周波数₀は(イ)式で表わされる。

前述の皮膚内への放射インピーダンスに起因す
る付加質量をｍとすると、携帯時の裏蓋の固有周
波数aは(ロ)式で表わされる。

(イ)及び(ロ)式から(ハ)式の関係を得る。

(ハ)式から裏蓋の固有周波数の減少割合は、裏蓋
の質量Ｍと付加質量ｍの比率で決まる。この比率
は裏蓋の面積と厚みで決定されるものであるが、
現在市場で見られる様な、最外径の大きさが直径
1.5cm程度の婦人物から直径３cmの程度の紳士物
のサイズに使用されている裏蓋を用い、これに圧
電素子を直接貼付して圧電ブザーとしたものに関
しては、あまり大きな変化はなく、携帯時の裏蓋
の固有周波数aは、非携帯時の裏蓋の固有振動
数₀の60〜70％になる。したがつて第４図に示す
通り、aは₀の60〜70％の位置にある。ところで
実線で示した非携帯時の周波数特性で、₀とその
１／２の₀₂の間は圧電素子の振動と昇圧コイルから
の電圧印加の周期とが一致しない周波数であり、
加えて₀と₀₂の周波数間隔は他の励振による高
音圧周波数間隔（例えば₀の1/3と1/4の間隔）よ
りもずつと広い。したがつて、この間では図示の
ように音圧は低下する。このとき、a付近の周
波数を注目すると、携帯時の音圧が、非常帯時の
音圧以上になる部分もしくはほぼ同程度になる部
分があることがわかる。したがつてこのaとい
う周波数近傍で非携帯時の圧電ブザー音圧が、携
帯時の音圧とほぼ同程度となる様にし、圧電ブザ
ーの駆動周波数を、aもしくはその近傍の周波
数に設定することによつて、腕時計携帯時と非携
帯時の音圧差を感じさせない圧電ブザーを得るこ
とが可能である。しかしながら、これを実用化す
るためには、裏蓋の固有周波数を規定しなければ
ならない。

第４図と同様の方法で、裏蓋の固有振動数を変
化させた場合の携帯時と非携帯時の周波数特性を
調べる。第５図は裏蓋の固有周波数が5KHz程度
と低い場合、第６図は裏蓋の固有周波数が8KHz
程度と高い場合であり、実線は腕時計の非携帯
時、破線は携帯時の周波数特性をそれぞれ示し、
第４図と同様横軸はブザーの駆動周波数、縦軸は
音圧である。どちらの場合も携帯時の裏蓋の固有
周波数a近傍において、第４図の如き音圧の重
なりは見られず、携帯と非携帯で音圧差が大き
い。ゆえに第４図の如き周波数特性を示す圧電ブ
ザーを実現すれば携帯時と非携帯時の音圧差を感
じさせない圧電ブザーが可能になり、本発明はこ
れを裏蓋の固有周波数₀を規定することによつて
実現したものである。

₀を規定する場合の基準は、言うまでもなくブ
ザー駆動周波数での音圧差を少なくすることであ
る。前述した様に、腕時計の携帯状況に合わせて
ブザー駆動周波数を₀からaに切り替えれば常に
高い音圧が得られるが、状況を検出することが困
難で自動的に切り替えることは難かしい。従つて
駆動周波数は固定される。本発明では一例とし
て、32768Hzの水晶振動子を用いた電子腕時計で
分周回路から容易に得られる4096Hzを駆動周波数
に選んだ。この周波数は人間の聴覚感度もよいた
め、ブザーの駆動周波数としては最適である。そ
して第４図、第５図、第６図と同様な方法で、
4096Hzでの腕時計携帯時と非携帯時の音圧を調べ
たものが第７図である。横軸は裏蓋の非携帯時の
固有周波数（ＫHz）、縦軸は音圧である。実線は
非携帯時の音圧、破線は携帯時の音圧である。黒
丸及び白丸は実測点である。第７図より、裏蓋つ
まり圧電ブザーの固有周波数を5.5KHzから7KHz
の間に規定すれば、携帯時と非携帯時の音圧差が
極めて少ない。本発明は以上の理由によつて圧電
素子を直接貼付した裏蓋を放音板とする圧電ブザ
ーにおいて、該圧電ブザーの固有周波数を、
5.5KHzから7KHzの間に設定するものである。第
７図の関係は、ブザー駆動周波数が4KHz近傍の
ものについても成り立つものである。

ところで、現在市場に出ている腕時計の裏蓋
は、強度、デザインまたは総厚の関係などから形
状決定されており、本発明は全く考慮されていな
い。一般に薄い裏蓋の場合は、その厚みを増加さ
せることによつて固有周波数の上昇調整が容易で
あるが、特に耐圧性を要求されるものでは裏蓋は
非常に厚く、固有周波数も10KHz程度まで達して
いる本発明を実践するためには、固有周波数を下
げなければならない。そこで以下にその具体策の
一例を説明する。

第８図は裏蓋の固有周波数を下げる一例で、圧
電素子１１の貼付部分を除いた、裏蓋１２の板厚
の一部を薄くしたもので、圧電素子を取り巻く様
に円形に溝部を形成したものである。この溝部は
本出願人によつて以前圧電素子貼付時の位置決め
用として提案されているが、溝部の幅と深さを適
当に選択することによつて裏蓋の固有周波数を下
げる効果を有する。第９図に溝の深さと音圧の関
係を示す。横軸は溝の深さを裏蓋の厚みで除した
もの、縦軸は裏蓋の固有振動数である。図は板厚
が0.8ミリメートルの裏蓋を使用したもので、１
ミリメートル以上の溝幅の場合、第９図の傾向に
変化はない。この図より、１ミリメートル以上の
溝幅について、裏蓋厚みの1/4以上の溝深さを設
けることによつて裏蓋の固有振動数を顕著に下げ
ることができる。第１０図は別の具体例で、角型
の裏蓋１５に円形の圧電素子１６を貼付した場合
裏蓋の４つのコーナーに平面形状がほぼ三角形の
溝部を設けたものである。この場合も溝深さは裏
蓋板厚の1/4以上である。

以上の様に、裏蓋の固有周波数を5.5〜7KHzに
設定することによつて時計外装ケースの裏蓋を放
音板に用いた簡単な構造で、携帯時と非携帯時の
音圧差を感じさせない常識を破る圧電ブザーを提
供できるため、本発明の意義は多大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は風防ガラスに圧電素子を貼付した構造
の圧電ブザーを有する時計断面図。第２図は裏蓋
に圧電素子を貼付した構造の圧電ブザーを有する
時計断面図。第３図は圧電ブザーの駆動回路図。
第４図、第５図、第６図は本発明を説明するため
の周波数特性図。第７図は腕時計携帯時と非携帯
時のブザー音圧を説明する図である。第８図は本
発明を実施した裏蓋の一例を説明する断面斜視
図。第９図は第８図の効果を説明するための説明
図。第１０図は本発明を実施した裏蓋の別の実施
例の斜視図である。１……風防ガラス、２……圧電素子、３……パ
ネル、４……外装ケース、５……裏蓋、６……昇
圧コイル、７……パルス波、１１……圧電素子、
１２……裏蓋、１５……裏蓋、１６……圧電素
子。

Claims

【特許請求の範囲】

１外装ケース４に装着自在にとりつけられた裏
ブタ５を備えた圧電ブザー付電子腕時計におい
て、前記裏ブタを振動板として前記裏ブタの内表
面に接着固定される圧電素子２と、前記圧電素子
を振動させる駆動信号を出力する時計ムーブメン
ト８を備えており、前記圧電素子を固定した裏ブ
タの固有周波数を5.5KHzから7KHzの間の値に設
定し、前記時計ムーブメントからの駆動信号を約
4KHzに設定したことを特徴とする圧電ブザー付
電子腕時計。