JPH0511840B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、セラミツクスなどの圧電振動板を
用いた圧電振動素子を備える圧電スピーカに関す
るものである。

〔従来の技術〕

従来、スピーカとしては過去半世紀以上も長期
間にわたり可動コイル形ダイナミツクスピーカが
主流となり広く一般に使用されて来た。その間、
主として永久磁石材料料の進歩改良に伴う多くの
改善が加えられているが、もはやそれも飽和点に
達した感が深い状態になつている。一方、電子機
器は回路の集積回路化等の技術の発展により、機
能の多様化と形態の極小化が止めどもなく進歩し
て、その組込み部品としてのスピーカにには薄形
軽量で小形のものが多方面で要求されている。

上記のような要求に適合するスピーカとして、
セラミツクスなどの圧電振動板を用いた圧電振動
素子を備える圧電スピーカが知られている。

近年、ジルコニウムチタン酸鉛を主体とする強
圧電性セラミツクが開発されたために、この薄片
に電極面を付けたものを金属板ベースの片面（ユ
ニモルフ形）又は両面（バイモルフ形）に貼り合
わせた圧電振動板が多量に生産されてコストが著
しく低減されるようになつたので、電電気−音響
変換器の起振源として広く用いられるようになつ
た。

さて、この発明の出願人は、さきに上記のよう
な強圧電性セラミツクを利用して圧電振動板の中
央部付近に粘弾性層を介して重錘を結合すること
によつて中央部付近に拘束し、その外縁端部から
起振力を取り出すように構成した圧電振動素子を
提案した（特願昭59−186979号）。このような構
成の圧電板動素子によれば、セラミツク固有の高
弾性率による圧電振動板の硬直性の障害を著しく
軽減することができる。

〔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素子は、起振源と
して薄片状で軽量であるから、小形の圧電スピー
カを構成する上には極めて好都合な材料である
が、スピーカを小形化したことに伴う放射面積の
過小によつて出力音圧が不足し、再生音域が狭小
になる等の問題点があつた。

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、比較的小口径の振動板において、帯
域拡張と出力音圧を増強する機能を有し、実用上
満足な出力音圧と再生音域をもつ良質な圧電スピ
ーカを得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る圧電スピーカは、扁平形振動板
として中央部から外周部に向けて順次に拡大する
ように放射状に連続した波ひだ付き振動板を用
い、この振動板の支点となるフレームに支持され
たエツジ部の内側に駆動点を設定し、この駆動点
に設定した結合環を介して圧電振動素子の外縁端
部の起振力を加え、カンチレバー作用によつて振
幅を増大すると共に駆動点の機械インピーダンス
を整合して上記振動板を効果的に励振付勢するご
とく構成としたものである。

〔作用〕

この発明の圧電スピーカにおいては、上記振動
板はカンチレバー作用により低音域では活発なピ
ストン運動を行い、中高音域では分割振動による
振動面積の縮小効果で実効質量を軽減して全域の
出力音圧を増強できるので、実用上満足をな出力
音圧と再生音域が得られる。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例である圧電スピー
カの振動板を示す平面図、第２図は第１図の振動
板の一部分を示す拡大斜視図である。図におい
て、１は振動板であり、複数の矢形状の波ひだ２
が中央ドーム部３から外周部に向かつて順次に拡
大し、かつ全面に放射状に広がり規則的な菊花紋
様の凹凸面を形成するように構成される。波ひだ
２は、第２図に示すように内包角α₁が約90゜〜
120゜前後で半径方向にほぼ一定角を有し、また、
波高値ｈは外周部の波高値h₁を最大にして、中央
部の波高値h₂が最小となるように順次低く変化す
る。通常、波高値ｈは半径方向に直線的に変化す
るが、場合により放物線などの２次曲線の一部を
採用する。このような構成により振動板１は外周
部から中央部に向かう面剛性分布を希望状態に調
整することが可能になる。各波ひだ２はその外端
部の３角形斜面５の外側の円弧部４からヒンジ
（支点）となるＵ字溝のエツジ部６と接着面とな
る平坦部７までが連続して一体となつており、ま
た波ひだ２の中央終端部は中央ドーム部３の外周
部に連接していて、各波ひだ２がエツジ部６を支
点とするカンチレバー作用をもち、しかも、各部
の面剛性分布が全面的に希望どおりにコントロー
ルされた一枚の扁平形振動板を構成している。

第３図は第１図の振動板を用いて形成した圧電
スピーカの構成を示す断面図である。図におい
て、９は圧電振動素子であり、これは、薄い金属
板の片面もしくは両面に同等の厚さのセラミツク
などの圧電板を積層してる圧電振動板の中央部付
近に粘弾性層１１を介して小質量（約１〜3g）
の重錘１０を結合し、圧電振動板の中央部付近を
拘束し、この圧電振動板の外縁端部から起振力を
取り出すように構成されている。圧電振動素子９
は外縁端部１４を駆動端子として、結合ゴム環１
３を介して振動板１の波ひだ２の外縁部寄りの駆
動点１５に結合する。ここで、結合ゴム環１３は
硬直性の強いセラミツク振動子とそれよりもはる
かに軟質な振動板を結合する場合、両者の機械イ
ンピーダンスの違和を緩和するための整合素子で
あり、波ひだ２の裏側の凹凸面に沿わせて緩るく
結合する。なお第３図中で、８はフレーム、１２
は振動板１の固定端、１６は外部からの信号電圧
ｅを印加する端子板である。

第４図は第３図の圧電スピーカの動作を説明す
るための模式図、第５図及び第６図は第３図の圧
電スピーカにおける等価回路図及びその出力音圧
特性図である。

次に、上記したこの発明の一実施例である圧電
スピーカの動作について説明する。今、端子板１
６に外部から信号電圧ｅを印加すれば、圧電振動
素子９（Z₁）は粘弾性層１１を介して付設した重
錘１０（Z₂）の作用により中央部付近が拘束さ
れ、圧電振動素子９は第４図に点線で示すように
凹レンズ形の湾曲振動モードとなり、外縁端部１
４に起生する起振力Ｆにより結合ゴム環１３
（Z₃）をバイパスする一次振動速度v₁が環流する。
さらに、振動板１（Z₀）には二次振動速度v₀が流
入して励振され、出力音圧p₀を放射する。この場
合の波ひだ２上の駆動点１５は、カンチレバーと
しての振動の付勢作用を勘案してその位置を設定
する。例えば、振動板１に対して圧電振動素子９
の半径を大にして駆動点１５を第４図の左側のヒ
ンジ（支点）となるエツジ部６の近くに寄せると
すれば、中央ドーム部３の付近の振動変位は増加
する反面、駆動インピーダンスも増加して十分な
る付勢作用が得られず、反対に圧電振動素子９を
小にして駆動点１５を第４図の右側の中央部寄り
に移動すればその逆になる。従つて、振動板１と
圧電振動素子９の寸法比は両者の物理的性質と駆
動点１５の機械インピーダンスを考慮しつつ最良
の調和点を求めて設定することになる。

ここで、一例として第４図に示す圧電振動素子
９の半径をr₁＝13.5mm、振動板１の実効半径をr₀
＝20mmとした場合は、第４図中のｘ＝6.5mmとな
り、r₀/x＝ｎ≒３であるから、振動板１の中央部
の振幅は単純に約３倍程度に拡大され、一次共振
点の周波数f₀付近の放射音圧は約10dB近く増加
するようになる。一方、振動板１の駆動点１５の
インピーダンスZ₀はn²＝3²＝９倍近くに上昇し、
圧電振動素子９の大きな出力のインピーダンスZ₁
に接近してZ₁≦Z₁となる。これは駆動点１５にお
ける振動エネルギーの授受の伝達損失と定在波反
射を改善し、圧電スピーカの感度と音圧レスポン
スの向上に相乗効果をもたらすことになる。この
場合、結合ゴム環１３は圧電振動素子９外縁端部
１４と振動板１の駆動点１５との間に介在し、イ
ンピーダンスZ₁とZ₀との間の違和を整合する粘弾
性要素としての機能を持ち、そのために結合ゴム
環１３のゴム質と形状には細心の注意が払われ
る。

第６図はこの発明による圧電スピーカにおい
て、上記のようにｎ＝３とした場合の実施例で、
振動板１の外径50mmπの薄形（厚さ６mm）の小口
径から成る圧電スピーカの出力音圧特性を示して
おり、その動作にはおおむね上述したような予想
どおりの付勢効果が認められ、扁平薄形で小形の
圧電スピーカとしてはほぼ満足な性能が得られて
いる。

上記したようなこの発明による圧電スピーカ
は、振動板１の波ひだ２の内包角α₁はほぼ一様で
あり、その波高値ｈが外周部を最大に中央部に向
かつて順次に低くなるように設計し、振動板１の
面剛勢分布の配向性を外周部が大きく、中央部に
向かい順次に低下するように構成されている。従
つて、振動板１として適度の内部損失を持つ紙パ
ルプ抄紙もしくはプラスチツクフイルム等の材料
を用い、さらに適切な振動板１の駆動点１５を設
定すれば、振動板１と圧電振動素子９の寸法比を
適切値に選べば挺子の原理により低音域では活発
なピストン運動を行い、中高音域では分割振動に
よる振動面積の縮小効果で実効質量を軽減して全
域の出力音圧を増強できるので、実用上満足な出
力音圧と再生音域が得られることになる。

なお、上記実施例では、波ひだ２の断面形状を
３角形状とした場合について示したが、これ以外
に半円形状としても良く、また、その配列は中央
ドーム部３の縁端部から発する接線上に配列して
も良く、上記実施例と同様の効果を奏する。

また、上記実施例において、振動板１の外形状
は、第７図に示すこの発明の他の実施例である楕
円形状その他の形状に変形することも容易であ
る。さらに、波ひだ２付きの振動板１は、、紙パ
ルプの水抄成形法やプラスチツクフイルムの真空
成形法などの加工法を適用して、均一では良質な
製品を安価に多量に供給することが可能である。
なお、この発明による圧電スピーカは第６図に示
す出力音圧特性図にみられるとおり、約４〜20K
Hz間の高音再生特性が特に優れており、、かつ本
質的に外部漏洩磁束が皆無であるという利点があ
るので、音声多重方式の大形カラーテレビジヨン
の左右フロントマウント用ツイタとして有用であ
る。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したとおり、圧電スピーカ
において、中央部から外周部に向かつて順次に拡
大するように放射状に連続した波ひだ付き振動板
を用い、この振動板の支点となるフレームに支持
されたエツジ部の内側にに駆動点を設定し、この
駆動点に設定した結合環を介して圧電振動素子の
外縁端部からの起振力を加え、カンチレバー作用
により上記振動板を励振付勢する構成としたの
で、薄形軽量で小形の圧電スピーカが簡単に、か
つ安価に構成することができると共に、この種の
従来のスピーカと比べて、小形扁平化された構成
にもかかわらず、小口径の振動板に対して全域の
出力音圧を増強させ、実用上満足な出力音圧と再
生音域を有する圧電スピーカが得られるという優
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スピー
カの振動板を示す平面図、第２図は第１図の振動
板の一部を示す拡大斜視図、第３図は第１図の振
動板を用いて形成した圧電スピーカの構成を示す
断面図、第４図は第３図の圧電スピーカの動作を
説明するための模式図、第５図及び第６図は第３
図の圧電スピーカにおける等価回路図及びその出
力音圧特性図、第７図はこの発明の他の実施例で
ある圧電スピーカの振動板を示す斜視図である。 図において、１…振動板、２…波ひだ、３…中
央ドーム部、４…円弧部、５…３角形斜面、、６
…エツジ部、７…平坦部、８…フレーム、９…圧
電振動素子、１０…重錘、１１…粘弾性層、１２
…固定端、１３…結合ゴム環、１４…外縁端部、
１５…駆動点、１６…端子板である。なお、図
中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 圧電セラミツクス等で作成した圧電振動素子
   を起振源とする圧電スピーカにおいて、中央部か
   ら外周部に向かい順次に拡大する波ひだを連続的
   に付設してなる振動板の各波ひだを、この振動板
   のフレームに支持された外周エツジ部を支点とす
   るカンチレバーとして作用させるべく、この支点
   の内側の駆動点に結合環を介して上記圧電振動素
   子の外縁端部を結合し、上記振動板を挺子の作用
   により励振付勢するごとく構成したことを特徴と
   する圧電スピーカ。