JPH04236600A - 圧電振動装置の製造方法 - Google Patents

圧電振動装置の製造方法

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JPH04236600A
JPH04236600A JP3019486A JP1948691A JPH04236600A JP H04236600 A JPH04236600 A JP H04236600A JP 3019486 A JP3019486 A JP 3019486A JP 1948691 A JP1948691 A JP 1948691A JP H04236600 A JPH04236600 A JP H04236600A
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diaphragm
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Shigeru Miura
三浦 葆
Tadashi Shima
島 直史
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Hokuriku Electric Industry Co Ltd
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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】 【0001】 【産業上の利用分野】この発明は、クロック周波電子回
路を用いて、このクロック周波により発振音を発生する
圧電振動装置とその製造方法に関する。 【0002】 【従来の技術】従来、例えば、電子レンジや電気洗濯機
等のような電気製品には、種々の制御を行なわせるため
のクロック周波回路が設けられている。さらに、このク
ロック周波回路のクロック周波を利用して確認音や警報
音を発するようにした製品が広く普及してきている。こ
の警報音等を発する発音体としては、電磁型のものと、
圧電型のものがあるが、電磁型のものは、消費電力が多
く電磁界の影響を受けやすいので、近年、これらの問題
が少なく小型化できる圧電型のものが多く用いられてい
る。 【0003】この圧電型の振動装置の振動板は、薄い金
属円盤に、銀やニッケル等の電極をその両面に設けると
ともに、分極が施された圧電セラミック円板を同心状に
接着して成るものである。そして、この振動板は、閉塞
部に放音孔を有した外装ケース内に収納されている。こ
の外装ケースは、内周にリング状の段部を有し、この段
部と、外装ケースの開口部を塞ぐ底蓋のリング状突起に
よってこの振動板を挟持して固定するものである。固定
に際しては、弾性接着剤により接合して安定性を確保す
る場合もある。 【0004】この圧電振動装置は、振動板に交番電界を
印加することによって発振し、外装ケースとその放音孔
等によって特定されるヘルムホルツ共鳴周波数の発振音
が発せられる。また、駆動周波数が振動板の共振周波数
と一致する場合に、最も高い音圧が得られ、この圧電振
動装置においては、上記ヘルムホルツ共鳴周波数の音と
、振動板の共振周波数の音との二つの音圧のピークを有
する発振音が得られる。このヘルムホルツ共鳴周波数f
c  は、下記の数式1によって与えられる。 【0005】 【数1】 【0006】ここで上式において、h1:放音孔の長さ
、b:放音孔の半径、S1:放音孔の端面部の面積、h
2:外装ケース内の振動板と放音孔形成面との間の空洞
の長さ、  S2:上記空洞の端面部の面積、C:空気
中の音速である。 【0007】 【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術におい
て、ヘルムホルツ共鳴周波数を振動板の共振周波数に近
付けていくと、当初は次第に音圧が上昇するが、ある時
点から低い方の周波数はそれ以上あがらず、高い方の周
波数が大きくなり、音圧は低下してしまうという現象が
現われる。これによって、従来は、わずかな寸法誤差や
組み立て条件のずれによっても発振周波数がくるったり
、音圧が低下したりするという問題があった。しかも、
従来は、寸法誤差等を考慮して、放音孔の内径を小さめ
に設計し、徐々に径を広げながら最適な発振条件を見出
して製造しているので、設計から製造にかけて調整のた
めの工数が多くかかるという問題があった。この周波数
変動は、上記ヘルムホルツ周波数と振動板の共振周波数
の間に結合振動が生じているためと考えられる。 【0008】この発明は、上記従来の技術の問題点に鑑
みて成されたもので、上記結合振動を考慮して、簡単な
構成で安定な発振を確実に得ることができる圧電振動装
置とその製造方法を提供することを目的とする。 【0009】 【課題を解決するための手段】この発明は、ヘルムホル
ツ角周波数ωaと、振動板の共振角周波数ωbとの比ω
b/ωaが、ほぼ0.7から1.0の間に位置するよう
に放音孔の径や外装ケースの形状を設定した圧電振動装
置である。 【0010】またこの発明は、組み立て前にヘルムホル
ツ角周波数ωaと、振動板の共振角周波数ωbとの比ω
b/ωaを、ほぼ0.7から1.0の間に位置するよう
に放音孔の径や外装ケースの形状を設定して設け、その
外装ケースに所定の振動板を取り付け固定する圧電振動
装置の製造方法である。 【0011】 【作用】この発明の圧電振動装置は、振動板の共振周波
数とヘルムホルツ共鳴周波数の比を最適値にあらかじめ
設定し、面倒な調整等の工数を大幅に削減することがで
きるようにしたものである。 【0012】 【実施例】以下この発明の一実施例の圧電振動装置につ
いて図面に基づいて説明する。この実施例の圧電振動装
置は、振動板10とこれを収納した外装ケース12とを
有し、振動板10は、金属円板14に圧電セラミックス
16が貼り付けられたものである。外装ケース12は、
円筒状の一方の端面部が閉塞され、その閉塞部の中央に
放音孔18が形成されている。また、外装ケース12の
内周面には、リング状の段部20が形成されており、こ
の段部20に振動板10が載置される。外装ケース12
の開口部は、底蓋24によって塞がれるとともに、振動
板10を収納し、上記段部20と底蓋24に形成された
ドーナツ状の突起22によって振動板10を挟み込んで
固定している。さらに、外装ケース12の両側部には取
り付け用の取り付け片26が突設されている。 【0013】上記振動系の周波数特性は、図3に示すよ
うに、振動板10の共振周波数と、ヘルムホルツ共鳴周
波数の二つのピーク値を持った形になる。ここで、振動
板10が構成する振動系と、外装ケース12内の空洞部
と放音孔18で形成される振動系が、容量Cmで結合さ
れているとし、ヘルムホルツ共鳴角周波数ωaの等価イ
ンダクタンスをL1、等価キャパシタンスをC1とし、
振動板10の共振角周波数ωbの等価インダクタンスを
L2、等価キャパシタンスをC2とし、等価抵抗は共振
に無関係のため無視して、図4に示す容量結合等価回路
を考えると、各角共振周波数ωa,ωbと結合係数Kは
次式であらわされる。 【0014】 【数2】 【数3】 【数4】 【0015】従って、図4の等価回路全体としての角共
振周波数は、次式であらわされる。 【数5】 【0016】ここで、ωb/ωa=P、K=μとおいて
数式5を解くと、共振周波数の二つのピーク値ω1、ω
2は次式であらわされる。 【数6】 【数7】 【0017】いま、結合係数μ=0.1として、振動板
10の共振周波数ωb/2πをクロック周波数2.04
8KHzに固定し、放音孔18の内径を変えて、ヘルム
ホルツ角周波数ωaを変化させた場合の上記数式6,7
によって得られる共振周波数f1、f2を、図5に実線
で示す。ここでf1,f2は、ω1/2π,ω2/2π
である。また、同様に振動板10の共振周波数ωb/2
πをクロック周波数4.096KHzに固定した場合の
共振周波数f1,f2の値を図5の破線で示す。この理
論計算値からわかるように、ヘルムホルツ角周波数ωa
が振動板10の共振角周波数ωbよりも低い状態、すな
わちPが1よりも大きい状態では、共振周波数の第2の
ピーク値f2が上記クロック周波数とほぼ等しい値で一
定となり、低い方の共振周波数f1が徐々に変化する傾
向にある。また、Pが0.9以下では、第2のピーク値
の共振周波数f2がPに反比例するように変化し、第1
のピーク値の共振周波数f1は、上記f2の一定値より
低い値でほぼ一定になる。すなわち、図5のグラフのf
1,f2の一定値の部分は、振動板10の共振周波数に
支配されている領域であり、ヘルムホルツ共鳴周波数に
影響されている部分が、Pと相関関係を有してf1,f
2が変化している共振周波数の部分であると言える。従
って、あたかも、P=1の部分で、各々の振動系に支配
された共振周波数がクロスするところ、P=1の近傍で
互いにジャンプして入れ替わったような形となって共振
しているものである。 【0018】以上の理論計算を元にして、振動板10の
共振周波数をクロック周波数の近傍に設定し、外装ケー
ス12の放音孔18の径を変えて実験を行なった結果を
以下に示す。測定は、ピーク間が3.0Vの正弦波を印
加して音源とマイクロフォンンとの間隔を10cmにし
て、無響函内で測定した。外装ケース12は、外径が3
0mm、振動板10は27mmの直径であり、放音孔1
8の内径を変えて、各共振周波数f1、f2を測定した
。駆動用のクロック周波数は、上記理論計算時のものと
同様に、2.048KHzと4.096KHzの両者を
用い、振動板10の共振周波数は、2.07KHzと、
4.05KHzとした。測定結果は、表1、表2及び、
図6に示す。 【0019】 【表1】 【0020】 【表2】   【0021】この結果、図5、図6を対比してわか
るように、測定結果と計算値はよく一致しており、これ
を元にして、理論的に算出した最適の放音孔径を最初に
設定して圧電振動装置を製造することができることがわ
かる。また、クロック周波数が2.048KHzの場合
の、上記共振周波数f1、f2の音圧Pf1,Pf2を
、ωb/ωa=Pを変えて測定した値を図7に示す。 【0022】これによって、上記表1,表2及び、図5
,図6,図7からわかるように、ωb/ωaが1以上で
は、上記f1の周波数および音圧が低下してしまい好ま
しくない。また、上記ωb/ωa=Pが0.7以下では
、f2の周波数は大きく上昇してしまうとともに、f2
の音圧が大きく低下してしまい好ましくないことがわか
る。従って、発音体として適しているのは、ωb/ωa
=Pがほぼ0.7から1.0の間であり、この範囲に位
置するように放音孔10の径等を設定することにより、
製造当初から最適値の発振周波数にすることができる。 この実施例では、以上の結果を元にして、圧電振動装置
の発振周波数を決定する各パラメーターを上記Pの条件
の範囲内に入るようにあらかじめ設定して、振動板10
を外装ケース12に取り付けるものである。 【0023】なお、この考案の圧電振動装置は、上記実
施例に限定されるものではなく、放音孔の大きさや数は
適宜設定できるものである。 【0024】 【発明の効果】この発明の圧電振動装置は、あらかじめ
発振周波数が最適値になるように設計され、組み立てら
れているので、寸法誤差や組み立て誤差による周波数の
ずれも最小限に押さえられており、組み立て時の周波数
調整をする必要がない。しかも、従来のように組み立て
時の調整がないので、組み立て工数およびコストの削減
になり、製造時の歩留まりも向上させることができるも
のである。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の圧電振動装置の一実施例の縦断面図
である。
【図2】この発明の圧電振動装置の一実施例の斜視図で
ある。
【図3】この実施例の圧電振動装置の共振周波数特性を
示す図である。
【図4】この実施例の圧電振動装置の等価回路の回路図
である。
【図5】この実施例の圧電振動装置の共振周波数の計算
値を示すグラフである。
【図6】この実施例の圧電振動装置の共振周波数の実側
値を示すグラフである。
【図7】この実施例の圧電振動装置の共振周波数の音圧
特性を示すグラフでる。
【符号の説明】
10    振動板 12    外装ケース 14    金属円板 18    放音孔

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  外装ケース内に振動板を設けてこの振
    動板を所定の周波数で駆動して発振音を出させる圧電振
    動装置において、外装ケースによるヘルムホルツ角周波
    数ωaと、振動板の共振角周波数ωbとの比ωb/ωa
    が、ほぼ0.7から1.0の間になるように、外装ケー
    スの形状および外装ケースに形成された放音孔の径を形
    成して成ることを特徴とする圧電振動装置。
  2. 【請求項2】  外装ケース内に振動板を取り付けて所
    定の周波数でこの振動板を駆動させて発振音を出す圧電
    振動装置の製造方法において、外装ケースの組み立て前
    に、外装ケースによるヘルムホルツ角周波数ωaと、振
    動板の共振角周波数ωbとの比ωb/ωaを、ほぼ0.
    7から1.0の間に位置するように、外装ケースの放音
    孔や外装ケースの形状をあらかじめ設定して設け、その
    外装ケースに上記の条件の共振角周波数の振動板を取り
    付けて固定することを特徴とする圧電振動装置の製造方
    法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007017629A (ja) * 2005-07-06 2007-01-25 Fuji Electric Holdings Co Ltd ブザー駆動回路及び線量計

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007017629A (ja) * 2005-07-06 2007-01-25 Fuji Electric Holdings Co Ltd ブザー駆動回路及び線量計
JP4692111B2 (ja) * 2005-07-06 2011-06-01 富士電機ホールディングス株式会社 線量計

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