JPH0423998B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、強圧電性セラミツク等からなる圧
電振動板を利用した圧電振動構成体に関するもの
である。

［従来の技術］ 近年、新素材として脚光を浴びているセラミツ
クの一種として、ジルコニウム・チタン酸鉛を主
成分とするピエゾ効果を持つ弾圧電性セラミツク
が存在している。この強圧電性セラミツクからな
る圧電振動板は、強圧電性セラミツクの薄片に銀
電極面を被着したものを、１枚の薄い金属板の片
面もしくは両面に貼り合わせて作成され、それぞ
れユニモルフ、バイモルフと称して電気音響変換
素子などに用いられている。

このような圧電振動板は、電極面と金属板間に
信号電圧を印加すると、強圧電性セラミツクの薄
片にはピエゾ効果により伸縮応力が作用し、上記
薄片は湾曲振動を行う。そして、通常一般的には
円形の圧電振動板の外縁端部を支持拘束して、こ
の圧電振動板に凸レンズ状の湾曲振動モードを生
起させ、これにより圧電ブザー、電話器のリンガ
ー等の発音体が作成される。

ところで、強圧電性セラミツク材質は、弾性率
Ｅが水晶に近く、硬くてもろいので、上記強圧電
性セラミツクに各電極面、金属板等を積層してな
る圧電振動板の湾曲振動の共振周波数f₀は、普通
約２〜5KHz付近の比較的に高い周波数帯にあつ
て、しかも、Ｑ（共振感度）が大きいために周波
数特性において鋭い共振峰を形成する。このよう
な性質は、圧電振動板を各種の音響機器に適用す
る場合に好ましくないやつかいな障害となつてい
た。

一般的に、振動板の物理的現象として、すべて
の振動板はその共振周波数f₀を境にして、このf₀
以下の周波数帯域は弾性領域として定振幅性とな
り、また、f₀以上の周波数帯域は慣性領域として
定速度性とれなる性質を有する。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記のような従来の圧電振動板においては、こ
の圧電振動板を駆動源として、例えばコーン形の
スピーカを構成して自由空間内に一定音圧を持つ
各周波数の音波を放射しようとすれば、原則とし
て、上記スピーカの振動系は再生周波数帯域内が
慣性領域にあつて、定速度性でなければ成立しな
い。したがつて、このような場合の圧電振動板の
共振周波数f₀は、できる限り可聴音域の低音側に
持ち来たすことが必要条件である。

ところが、前述したように圧電振動板の共振周
波数f₀は依然として高く、あえてこの共振周波数
f₀を低音側へ移行しようとすれば、圧電振動板の
半径を著しく大にするか、あるいは強圧電性セラ
ミツクの薄片を薄くする以外に良策はなく、結
局、再生周波数帯域の広いスピーカなどの音響変
換器は到底実現が困難であるという問題点があつ
た。

この発明は、かかる問題点を解決するためにな
されたもので、低音側から高音側にわたる広い再
生周波数帯域に対して、良好な周波数特性を呈す
る音響変換器に好適な圧電振動板を用いた圧電振
動構成体を得ることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係わる圧電振動構成体は、圧電振動
板の外縁端部は粘弾性体を介在して質量体に結合
してあり、さらに、この質量体は弾性体を介在し
てフレームに結合し、前記粘弾性体として、その
リアクタンスによる前記圧電振動板に対する作用
が、低音領域では減少し、高音領域では増大し、
振動周波数に対応して変動する可変インピーダン
ス素子となる部材を用いて構成したものである。

［作用］ この発明の圧電振動構成体においては、圧電振
動板の外縁端部には質量体と粘弾性体が付設され
て拘束されているため、この拘束作用により圧電
振動板は、その中心部が最大振幅をなす凸レンズ
状の湾曲振動を生起し、さらに、上記拘束作用に
よる拘束インピーダンスは、振動周波数に対して
インピーダンスが変動する可変インピーダンスと
して作用する。

［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例である圧電振動構
成体を用いたセラミツク形スピーカの構成を示す
断面図、第２図は、第１図のセラミツク形スピー
カの等価回路図、第３図は、第１図のセラミツク
形スピーカの音圧周波数レスポンス曲線を示す図
である。第１図に示すように、圧電振動板１は直
径30mm以上の円形バイモルフ板からなり、この圧
電振動板１の外縁端部は粘弾性環３を介して質量
環２に結合し、さらに、この質量環２は網状波ひ
だ付きの弾性環４（通常、ダンパーという）の内
縁端部に結合し、この弾性環４の外縁端部はスピ
ーカなどのフレーム５の頂端開口部６に接合す
る。

また、圧電振動板１の中心部付近には抄紙製の
コーン形振動板７の頂縁端部８を結合し、このコ
ーン形振動板７の外縁端部の波ひだ付きのエツジ
９をスピーカのフレーム５の開口端部１０にパツ
キング用矢紙１１を重ねて接合している。

このようにして構成したこの発明に係わるスピ
ーカにおいて、フレーム５の端子１２から信号電
圧ｅを供給し、引き出し線を介して圧電振動板１
の各電極に印加すると、圧電振動板１に起振力
F₁が発生して、第２図の等価回路に示すように
振動速度v₁が流入する。圧電振動板１（インピー
ダンスZ₁）の外縁端部には、質量環２及び粘弾性
環３のインピーダンスZ₂（m₂，c₂，r₂）と弾性環
４のインピーダンスZ₃（c₃，r₃）が付設され、そ
の拘束作用により圧電振動板１は、その中心部が
最大振幅をなす凸レンズ状の湾曲振動を生起し、
圧電振動板１の中心部付近に結合したコーン形振
動板７（インピーダンスZ₀）が呈する反作用に拮
抗し、このコーン形振動板７を振動速度v₀で振動
駆動させようとする。この場合、拘束インピーダ
ンスである上記Z₂は質量環２及び粘弾性環３のZ₂
（m₂，c₂）からなり、振動周波数に対応してイン
ピーダンスが変動する可変インピーダンスとな
り、上記Z₂はハイコンプライアンスの弾性環４
（インピーダンスZ₃）と直列となり、第２図の等
価回路に示すａ−ｂ間をブランチして、コーン形
振動板７（Z₀）に流入する振動速度v₀を制御す
る。

すなわち、低周波数（約1000Hz以下）では、振
動速度v₁は主として質量環２（m₂）の側に流入
し、弾性環４（Z₃）のコンプライアンスc₃と低音
共振周波数f₁を形成し、上記ａ−ｂ間の起振力を
付勢しつつ振動速度v₀をコーン形振動板７（Z₀）
に送出する。しかるに、高周波数（約2KHz以上）
では、インピーダンスZ₂の質量m₂はその作用が
減退し、粘弾性環３（c₂，r₂）のリアクタンスが
主として作用し、圧電振動板１（Z₁）への拘束性
が弱まる結果、振動周波数の増加と共に上記ａ−
ｂ間の起振力が減少する。したがつて、コーン形
振動板７（Z₀）流入する振動速度v₀はおおよそ一
定値になるように制御することができ、コーン形
振動板７の放射音圧P₀／ｅは動作周波数帯域内
でほぼ一定値に制御され、一例として、第３図に
示す音圧周波数レスポンス曲線のように所望の再
生周波数帯域が得られる。なお、この発明による
圧電振動構成体では、弾性環４（Z₃）の大きいコ
ンプライアンスc₃は上記インピーダンスZ₂と直列
回路となり、低音共振周波数f₁を低音側に引き下
げる効果を持つと同時に、コーン形振動板７を含
むスピーカの全振動系を、コーン系振動板７のエ
ツジ９と共に安定に保持する役割を持つている。

従つて結局、この発明は圧電振動板１の外縁端
部は粘弾性環３を介して質量環２に結合し、この
質量環２は弾性環４を介してフレーム５に結合
し、低音領域では粘弾性環３のリアクタンスによ
る作用が減少し、質量環２の質量が主として圧電
振動板１に作用して固有の共振周波数を引き下
げ、一方、高音領域では質量環２の質量による作
用が減少し、粘弾性環３のリアクタンスによる作
用が主として圧電振動板１に作用して固有の共振
周波数を引き上げるように構成した振動系を備え
た圧電振動構成体に係わるものである。

前述した上記第１図に示す圧電振動構成体で
は、各振動要素の相互間の結合を接着剤の塗布に
よつて行つている。経験的に、大部分の接着剤は
粘弾性の経時変化や温度係数がかなり大であるか
ら、接着剤層の粘弾性抵抗が振動要素へ介入する
ことは極力回避することが望ましい。もし、この
介入量が大きい場合は、性能のばらつきや、外部
の温度変化に対して、性能が悪化し、特に寒冷時
での動作に音質の劣化が生ずる。この対策として
は、第４図に示す圧電振動構成体のように、でき
る限り接着剤の使用を最小限度にとどめるように
構成することが望ましい。

第４図はこの発明の他の実施例である圧電振動
構成体の構成を示す断面図である。第４図に示す
場合には、圧電振動板１はその外縁端部を囲繞す
る紐状の粘弾性環３のＵ字溝内にはさみ込み、そ
の両側を２枚の金属製の質量環２ａ，２ｂにより
保持すると同時に、ダンパーをなす弾性環４の内
径部も一緒にはさみ込み、ハトメ、鋲等で緊締し
て一体化して構成してある。そして、第４図に示
すように構成した圧電振動構成体は、接着剤をほ
とんど使用しないで済む外に、振動方向に左右対
称形であるから、乱調による寄生振動が少なく、
高調波歪が少なくなる効果がある。

第５図はこの発明のさらに他の実施例である圧
電振動構成体を用いた送受話用トランスジユーサ
の構成を示す断面図である。第５図に示す場合は
圧電振動板１の背面に背室１５を形成する背室ケ
ース１３を設け、さらに、圧電振動板１の前面に
前室１８を形成する前室ケース１４を設けてなる
電話器に用いる送受話用トランスジユーサを構成
している。また、上記背室ケース１３には音響抵
抗体１９を付加した漏洩開口部１６を設け、前室
ケース１４には音圧導出孔である音響開口部１７
を設けてあり、それぞれ音響装置インピーダンス
回路を構成することにより、本来の圧電振動構成
体の機能とあいまつて、所要の伝送帯域が効率良
く構成され、極めて良質の電話器における送受話
用トランスジユーサが構成される。

上述したこの発明の圧電振動構成体において、
振動要素となる粘弾性環３は粘弾性の温度係数が
小さく、安定で、かつ機械インピーダンスを求め
やすいものとして、シリコンゴム、ポリウレタン
ゴム等の表皮付き発泡材が好ましく、この場合、
所要のインピーダンスは気泡密度により大幅に調
節され、表面を覆う表皮は材質の安定化と経時変
化を少なくするという効果がある。また、質量環
２は、一般的に約２〜５ｇ程度の金属板製とする
ことが好ましく、再生周波数帯域に応じて質量を
適宜に選択するようにする。さらに、弾性環４
は、上記第１図に示すセラミツク形スピーカの場
合は通気性のある網状のものを用いるが、上記第
５図に示す送受話用トランスジユーサの場合は機
密性のポリウレタンゴムの成形品を使用すると良
い。

なお、上記実施例では、圧電振動板１として起
振力の大きいバイモルフ板を用いた場合について
説明したが、当然ながら比較的に廉価なユニモル
フ板を使用しても良い。

［発明の効果］ この発明は、以上説明したとおり、圧電振動構
成体において、圧電振動板の外縁端部は粘弾性体
を介在して質量体に結合してあり、さらに、この
質量体は弾性体を介在してフレームに結合した構
成としたので、低音側から高音側にわたる広い再
生周波数帯域に対して、良好な周波数特性を呈す
る音響変換器に好適な圧電振動板を用いた圧電振
動構成体を、極めて容易に、かつ安定して実現す
ることができるという優れた効果を奏するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例である圧電振動構
成体を用いたセラミツク形スピーカの構成を示す
断面図、第２図は、第１図のセラミツク形スピー
カの等価回路図、第３図は、第１図のセラミツク
形スピーカの音圧周波数レスポンス曲線を示す
図、第４図はこの発明の他の実施例である圧振動
構成体の構成を示す断面図、第５図はこの発明の
さらに他の実施例である圧電振動構成体を用いた
送受話用トランスジユーサの構成を示す断面図で
ある。 図において、１……圧電振動板、２，２ａ，２
ｂ……質量環、３……粘弾性環、４……弾性環、
５……フレーム、６……頂端開口部、７……コー
ン形振動板、８……頂縁端部、９……エツジ、１
０……開口端部、１１……パツキング用矢紙、１
２……端子、１３……背室ケース、１４……前室
ケース、１５……背室、１６……漏洩開口部、１
７……音響開口部、１８……前室、１９……音響
抵抗体である。なお、各図中、同一符号は同一、
又は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 圧電振動板の外縁端部は粘弾性体を介して質
   量体に結合し、この質量体は弾性体を介してフレ
   ームに結合し、前記粘弾性体として、そのリアク
   タンスによる前記圧電振動板に対する作用が、低
   音領域では減少し、高音領域では増大し、振動周
   波数に対応して変動する可変インピーダンス素子
   となる部材を用いて構成したことを特徴とする圧
   電振動構成体。 ２ 前記圧電振動板の中心部付近には、コーン形
   振動板等の音響放射体を結合して圧電形スピーカ
   を構成したことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の圧電振動構成体。 ３ 前記圧電振動板の背面に漏洩開口部を有する
   背室を設け、前記圧電振動板の前面に音響開口部
   を有する前室を設けて送受話用トランスジユーサ
   を構成したことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の圧電振動構成体。