JPH0422300A - 圧電発音体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、圧電素子で駆動する圧電発音体に関する。

（従来の技術） 圧電発音体は、電話機、自動販売機、カード電報等にお
ける音声合成手段として用いられる圧電スピーカーや圧
電ブザーなどに多量に用いられるようになってきている
。

第５図は従来の圧電スピーカーにおいて電気音Ｗ変換素
子として用いられている圧電発音体の一例の構成を示す
縦断面図である。同図において、圧電発音体は上、下面
に電極２ａ、２ｂを有する圧電素子１の一方の面を接着
剤３によって黄銅やステンレス鋼などの金属板４に貼着
して構成されている。圧電素子１上の電極２ａにはリー
ト線５ａが、また、金属板４にはリード線５ｂが取着さ
れており、リード線５ａ、５ｂを介して、例えば音声合
成ＬＳＩによってプログラムされた音声の電気信号が圧
電発音体に印加される。圧電発音体は、電気信号の印加
による圧電素子の変形（伸縮）に伴い、第６図（ａ）（
圧電素子が伸びる場合）および０））（圧電素子が縮む
場合）に示すように屈曲振動を起こし、金属板４側にそ
れぞれ空気の１疎」、「密」状態を生しさせ、音波を発
生する。

このように構成された圧電発音体には固有の共振周波数
があり、圧電素子に音声信号を入力するとその共振周波
数（基本波共振周波数のことで、以下単に共振周波数と
いう）およびその高次周波数（通常、音響振動において
基本波に対し２倍波、３倍波といわれるものであるが、
圧電素子の場合、偶数次のものは圧電効果が打ち消され
て励振されないので奇数次のものをいう）で強く振動し
、他の周波数帯域で大幅に減衰する周波数特性を有する
ため、平坦な周波数特性を得ることができなし従って、
単音のブザーとしてはむしろ使用しやでいが、スピーカ
ーとしては周波数帯域が狭く、イ・用しにくいという欠
点があった。

さらに、圧電スピーカーは高周波数側の音がつい傾向に
あり、低周波数側の音との音圧バラン；をとることが重
要な課題である。

なお、圧電素子と金属板との最適寸法比は、り径につい
ては７：１０程度、厚みについては１：１程度であるこ
とが知られてる。また、共振周波費はこれらの寸法から
求めることができる（日本子響学会誌４２巻６号（１９
８６）　４４１〜４４６）。

上記のような問題点に対し、次のような対策力採られて
いる。

ひとつは共振周波数を極端に低くして必要な１波数帯域
で平坦な周波数特性が得られるように打電素子および金
属板の寸法等を設計することで々る。すなわち、圧電素
子および金属板の厚みを極端に薄くし、または外径を極
端に大きくして共斑周波数を下げることが行われている
。実際には周囲への設計的制約の影響が小さいというこ
とから厚みの変更によることが多く、現在０．１〜０．
２＋ｍｍの薄板素子が安価に供給さねている。しかし、
技術的にはこれが限界であり、また圧電素子、金属板の
双方を薄クシた場合、それらの保持が問題となり、音が
歪みやす（なる。

また、圧電素子と金属板とを貼着し、さらに第７図のよ
うに金属板４側に軟質制動板６を重ね合わせて外周部を
固定リングにより固定または支持することにより、共振
を抑制することが試みられている（特開平１−１３５２
９９号公報）。しかしながら、外周部を固定する場合、
支持圧力がばらつきやすく、構造が複雑になるため実際
には製造が難しい。

（発明が解決しようとする課題） 本発明の目的は、共振周波数を低下させ、あるいは共振
を抑制するとともに、剛性を失わずに軽量化し、音圧バ
ランスのよい、音質の優れた圧電発音体を提供すること
にある。

（課題を解決するための手段） 本発明有らは、−上記の目的を達成するため検討を重ね
た結果、圧電発音体の金属板を炭素板に変更することに
より、共振周波数を変化させ共振を著しく抑制するとと
もに、振動板としての剛性を失うことなく軽量化できる
ことを知見した。

本発明は上記の知見に基づいてなされたものでその要旨
は「圧電素子と振動板とを貼着して構成された圧電発音
体であって、振動板が炭素板であることを特徴とする圧
電発音体Ｊにある６第１図は本発明の圧電発音体の構成
を示す縦断面図で、圧電素子１の一方の面を接着剤３に
よって炭素板７に貼着して構成されている。

また、圧電発音体の構成方法として振動板８の両面に２
個の圧電素子ｌをそれぞれ貼着する方法も行われている
が（第２図）、この場合ももちろん金属板に代えて炭素
板を振動板８として用いることが可能である。

本発明の圧電発音体に用いる炭素材としては、下記のよ
うな種々の方法で製造した炭素材を使用することができ
る。

■　膨張黒鉛を圧縮成形する。

■　炭素前駆体（メソフェーズ）粉末を成形、焼成（炭
化・黒鉛化）する。またはこの焼成品からダイヤモンド
刃等を用いて薄板に切り出す。

■　高分子フィルム（例えば、ポリイミド、ポリフェニ
レンビニレン、ポリフェニレンオキシジアゾール、Ｃ０
ＰＮＡ樹脂（Ｃｏｎｄｅｎｓｅｄ　Ｐｏｌｙｎｕｃｌｅ
ａｒＡｒｏｍａｔｉｃ　Ｒｅ５ｉｎ））を非酸化性雰囲
気中で１６００’Ｃ以上に加熱して炭素化する。なお、
Ｃ０ＰＮＡ樹脂は２環以上の芳香族化合物をパラキシレ
ングリコール等の芳香族架橋剤により柴橋重合させて得
られる縮合多環多核芳香族樹脂で、例えば、特開昭６２
−５２１号公報および特開昭６２−５２２号公報に記載
されている。

■　Ｆｅ、　Ｎｉ、　Ｃｏ等の金属の塩化物の小量を分
子状に添加した高分子フィルムを１６００″Ｃ以上に加
熱して炭素化する。

■　有機炭化水素ガスを用いて、化学蒸着（ＣＶ　Ｄ）
法またはプラズマＣＶＤ法等により炭素Ｉｔ薄膜を製造
する。

炭素板の厚みは１００へ一２００ｐｍが適切であり、炭
素板と圧電素子との厚みの比は１〜２：１程度とするの
が最適である。

本発明の「炭素板」とは炭素１００％のものだけでなく
、多少の混合物を含むものであってもよい。

（作用） 本発明の圧電発音体において、炭素板を用いるのは次の
理由による。すなわち、 ａ）　炭素板は圧電素子に電気信号を入力して伸縮運動
を起こさせるのに十分な導電性を有している。

ｈ）炭素板は金属板に比べて軽量であり、適当な弾性を
有し、しかも剛性を失わない。

Ｃ）　炭素はその構造、微細組織の多様性に起因ｊ−で
、多孔質、あるいは緻密で高密度、など多様な性質を示
すので、振動板としての材料設計の自由度が増す。

ｄ）　炭素は原料としては普遍的に存在しており、入手
が容易である。

ｅ）　炭素板は通常の使用環境では変質、劣化Ｌ７ない
。また、金属板では錆が発生するが、炭素板でζＪこの
問題は全く起こらない。

ｆ）　金属板ではリード線を取着けるのにハンダ付けを
おこなうのに対し、炭素板では導電性接着剤を用いるの
でハンダ付けのような高温を作用させる必要がなく、圧
電素子の劣化を防くことができる。

ｇ）　炭素板は金属板に比較して軽量であるため、圧電
素子、炭素板とも極端に薄くする必要がない。

金属板と同一の厚みをもたせた場合、口径を大型化する
ことが可能で、共振周波数を低下させ、必要な周波数帯
域で平坦な周波数特性をもたせることができる。

（実施例） 炭素板として膨張黒鉛板（ｌＡ径５０ｍｍ、厚み１５０
μ−）を用い、この炭素板と外径２０ｍｍ、厚み１１０
０Ｉ１のチタン酸ジルコン酸鉛のセラミックス焼結体か
らなる圧電素子とを貼着し、さらにリード線を導電性接
着剤により取着し、圧電発音体（圧電スピーカー）Ａを
作成した。また、炭素板として炭素前駆体粉末を成形、
焼結したものからダイヤモンド刃を用いて切り出した’
ｉｉｌ板（外径５０ｗｍ、厚み１５０／／離）を用い、
この炭素板と外径２０ｍｍ、厚み１００μｍの１記と同
じ圧電素子とを貼着し、さらにリード線を導電性接着剤
により取着し、圧電スピーカーＢを作成した。

圧電スピーカーＡおよびＢに対し比較すべき圧電発音体
として、外径５０ｍ５＋、厚み１００μ鴎の黄銅円板と
、形状、材質のいずれも上記と同し圧電素子とを貼着し
、さらにリード線をハンダ付けにより取着し、圧電スピ
ーカーＣを作製した。

これらの圧電スピーカーＡＳＢおよびＣについて、用い
た炭素板あるいは黄銅円板のインピーダンス特性ならび
に圧電スピーカーの音圧特性を調査した。

インピーダンス特性の調査結果を第３図に示す。

図中の実線ＡおよびＢは本発明の炭素板を用いた場合（
本発明例）、点線Ｃは金属（黄銅）板を用いた場合（比
較例）である。

この図から明らかなように、本発明の炭素板はＡ、Ｂい
ずれも同し特性を示し、広い周波数帯域にわたって共振
が著しく抑制されたインピーダンス特性となった。

音圧特性の調査結果を第４図に示す。図中の実線は圧電
スピーカーＡについての音圧レベル、点鎖線は圧電スピ
ーカーＢについての音圧レベル、また点線は黄銅円板を
用いた圧電スピーカーＣについての音圧レベルである。

この図から明らかなように、本発明の圧電スピーカーＡ
およびＢについては可聴域から低音域にも広がりをもつ
平坦な音圧レベル特性が得られた。

さらにこれらの圧電スピーカーの音を聞き比べると、ス
ピーカーＣの音がやや金属質の音色であった。

（発明の効果） 本発明の圧を発音体は共振周波数が低く、しかも共振が
著しく抑制される。また、炭素板は軽量であり、しかも
剛性を有しているので、設計の自由度が大きく、音質が
優れている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の圧電発音体の構成を示す縦断面図で
ある。 第２図は、振動板の両面に圧電素子を貼着した圧電発音
体の構成を示す縦断面図である。 第３図および第４図は、それぞれ本発明の圧電発音体（
圧電スピーカー）のインピーダンス特性および音圧特性
を従来の圧電発音体と比較して示すグラフである。 第５図は、従来の圧電発音体の一例の構成を示す縦断面
図である。 第６図（ａ）および（ｂ）は、圧電発音体の音波発生の
原理の説明図である。 第７図は、金属板側に軟質制動板を重ね合わせた圧電発
音体の構成を示す縦断面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧電素子と振動板とを貼着して構成された圧電発音体で
   あって、振動板が炭素板であることを特徴とする圧電発
   音体。