JPH0535439B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ この発明は、弾性的な振動板に対して圧電素子
を添着した構造の発音部材を使用する、例えば自
動車用の警報装置として使用される発音装置に関
する。

［発明の背景技術］ 自動車に使用される警報装置としては、例えば
距離2m離れた位置で100dB以上の大きな音圧が
要求される。このため、振動板として直径が約90
mm程度の大径のものが必要となるものであるが、
圧電素子は、実用上でそれほど大きく構成するこ
とができないもので、直径約50mm程度が限界であ
る。このこのため、圧電素子を利用して自動車用
の警報装置のような大きな音量の発音装置を構成
するには、圧電素子の取り付けられらる発音板の
２次共振を利用することが考えられている。

第１図は、このような２次共振を利用する従来
考えられていた発音装置の構成を示すもので、発
音板１１は振動板１２に対して薄板状にした圧電
素子１３を張り合わせて構成されるもので、この
発音板１１はハウジング１４の開口部に対して対
設設定され、このハウジング１４の開口部には蓋
状態となるハウジング１５を取り付け設定し、上
記発音板１１を固定保持するようになつている。
この場合、ハウジング１５に対しては、多数の開
孔１６ａ，１６ｂ，…が形成され、この開孔１６
ａ，１６ｂ，…は発音板１１部分で発生された音
響を外部に放出するために作用するもので、この
ハウジング１５部分に対応して空気層１７が形成
される。上記ハウジング１４の例えば底板部分に
は、発音駆動回路１８が取り付け設定されるもの
で、この駆動回路１８から上記発音板１１に対し
て、リード線１９，２０を介して発音駆動信号が
供給されるようになつている。

第２図は上記駆動回路１８の具体的回路の例を
示しているもので、信号源となる発振回路２１か
らの発振信号を、増幅回路２２で増幅し、さらに
昇圧トランス２３で大きな電圧として、発音板に
よる発音機構２４に供給するようにしているもの
である。

このように構成される発音装置において、その
発音共鳴設計をする場合には、発音板１１の２次
共振周波数pに対して、一般に知られている計
算式に基づき、ハウジング１５に形成される開孔
１６ａ，１６ｂ，…の直径２ａ、この開孔の数
ｎ、開孔の長さ、空気層１７の容積Ｖをそれぞ
れチユーニングするものである。ここで上記
は、ハウジング１５の板厚（２mm）によつて決ま
るものであるため、充分な音圧を得るためには、
ある程度の開孔１６ａ，１６ｂ，…それぞれの面
積を必要とする状態となるもので、容積Ｖを充分
にとる必要があるものである。例えば、この図に
示した発音装置において、発音周波数pを1550
Hzにチユーニングするためには、上記開孔の直径
2aを4.8mm、開孔の数ｎを24，Ｖを90c.c.（ハウジ
ング１５の深さｈ＝15mm）とするもので、その増
幅効果は約8db程度であつた。

しかし、上記のように構成される発音装置にあ
つては、その周波数特性を見ると、基本周波数と
なる低音域の応答性が小さいものであり、また音
圧の主成分となる２次共振特性が鋭すぎる状態に
ある。このため、ソフトな感じのない高くかつ鋭
い音しか発生できない状態となるもので、発生音
の音色上に欠陥を有する状態となつてしまうもの
である。

また、共振のピークの幅を拡大する手段とし
て、例えば実開昭55−130395号明細書（実公昭58
−40717号公報）に示されるように、共振周波数
の異なる２枚の発音板を対向する状態に設定する
構成のものが考えられている。しかし、ここに示
された構造のものにあつては、低周波とした場合
の特有な現象に関しては、全く考慮していないも
のであり、また２枚の発音板それぞれから発生す
る音を、有効に増幅発音させる手段に関しても特
に考慮されていないもので、例えば警報装置とし
て充分な発音特性を得るには不十分なものであ
る。

［発明の目的］ この発明は上記のような点に鑑みなされたもの
で、特に低音域の応答性に富み、しかも共振ピー
クの帯域幅を充分広く設定することができて、良
好な音色でかつ音圧も充分な音を発生して、自動
車用の警報装置としてる効果的に使用されるよう
にする圧電素子を使用した発音装置を提供しよう
とするものである。

［発明の概要］ この発明に係る発音装置は、第１の振動板３３
に第１の圧電素子３５を接合した第１の発音板３
１、および第２の振動板３４に第２の圧電素子３
６を接合した第２の発音板３２を対向設定し、前
記第１の発音板３１と前記第２の発音板３２との
間に実質的に密閉された空気室３８を形成する。
この第１および第２の発音板３１，３２はハウジ
ング４４内に設定されるもので、このハウジング
４４と前記第１の発音板３１との間に前側空気層
４６を形成すると共に、前記ハウジング４４と前
記第２の発音板３２との間に後側空気層４７を形
成し、この前側空気層４６と後側空気層４７とが
連通されるようにハウジング４４と第１、第２の
発音板３１，３２の外周部側方との間に実質リン
グ状の音響通路４５が形成されて、この音響通路
４５内に第１、第２の発音板３１，３２の外周部
を前記ハウジング４４に対して弾性的に支持する
弾性支持部材４３ａ，４３ｂ，…が部分的に設け
られている。そして、第１の発音板３１と対向す
る前記ハウジング４４に前側空気層４６と大気と
を連通する放音用開口部分４８ａ，４８ｂ，…を
形成し、駆動回路４２から第１、第２の圧電素子
３５，３６に振動電圧が供給されるようにしてい
る。

［発明の実施例］ 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説
明する。第３図および第４図はその構成を示して
いるもので、第１および第２の発音板３１および
３２が、互いに平行状態となるように対向設定さ
れている。この第１および第２の発音板３１，３
２は、それぞれ円盤状の金属振動板３３，３４に
対して、その中心部分に同心状態となるように薄
板円盤状の圧電素子３５および３６を、それぞれ
張り合わせ設定して構成されるものである。ここ
で、上記圧電素子３５および３６のそれぞれ寸法
は、「42φ×0.3mm」、「48φ×0.3mm」であり、振動
板３３はコバール（商品名：日本鉱業製高ニツケ
ル合金）、振動板３４は黄銅でそれぞれ構成され、
その寸法は共に「90φ×0.2mm」に設定される。

上記対向設定される第１および第２の発音板３
１および３２のそれぞれ外周部は、合成樹脂で構
成されるリング３７に対して接着固定されるもの
で、この第１および第２の発音板３１，３２およ
びリング３７で囲まれる内部には、空気室３８が
形成されるようになつているもので、この空気室
３８を含む第１および第２の発音板３１，３２に
よつて、発音部材３９が構成されるようになるも
のである。そして、上記第１および第２の発音板
３１および３２に対して駆動電源を供給するリー
ド線４０ａ，４０ｂおよび４１ａ，４１ｂは、並
列接続して駆動回路４２に対して接続するもの
で、この場合第１の発音板３１のリード線４０
ａ，４０ｂは特に図では示してないが、リング３
７に形成された溝を介して駆動回路４２部分に導
かれる。

上記発音部材３９を構成するリング３７には、
複数例えば４か所の凹部が形成され、この各凹部
に対しては、それぞれゴム製の支持部材４３ａ，
４３ｂ，…を嵌め込み設定し、この支持部材４３
ａ，４３ｂ，…は、ハウジング４４の内側壁に対
して取り付け設定するようにする。そして、上記
発音部材３９が、ハウジング４４の内部に弾性的
に保持設定されるようにするものである。ここ
で、上記ハウジング４４は、本体部４４ａとその
開口部分に対して接着固定される蓋体部４４ｂと
から構成され、上記支持部材４３ａ，４３ｂ，…
はそれぞれ本体部４３ａの開口部周部に形成した
凹部に対して嵌め込み設定し、これを蓋体部４４
ｂによつて押え込み設定するようにしてなる。

ここで、上記発音部材３９を構成するリング３
７の外径を93mmに設定し、ハウジング４４の内径
を100mmに設定することによつて、リング３７の
外周部分に長さｈ、幅ｙの全周にわたるリング状
態の音響通路４５が形成されるようになつてい
る。また、上記発音部材３９の第１の発音板３１
と、ハウジング４４の蓋体部４４ｂの前面板との
間に厚さha＝11mmの前側空気層４６が形成され、
さらに第２の発音板３２とハウジング４４の本体
部４４ａの底板部との間には、厚さＲ＝５mmの後
側空気層４７が形成されるようになつている。

そして、上記ハウジング４４の蓋体部４４ｂの
前側板部分には、外側寄りに分布して直径4.8mm
の放音用の、例えば48個の開口４８ａ，４８ｂ，
…を形成してなる。

このような発音装置において、低周波域に共振
をもたせるためには、振動部分の直径を大きく設
定し、その板厚を薄くして、外周部分を固定すれ
ばよいことは知られている。そして、上記実施例
に示した発音装置にあつては、上記のように各寸
法数値を設定することによつて、発音板３１およ
び３２の１次共振周波数をそれぞれ約400Hzおよ
び約500Hzに設定することができる。

ところが、このように大きな外径の薄い振動板
に構成して、その振動周波数が低い状態となつて
くると、発音板３１，３２相互間の内部空気室３
８は大きな音響増幅効果をもたらすことが判明し
た。

ここで、１次共振音圧の増幅効果について考察
すると、第１の発音板３１の裏側から放射され
る、表側に対し逆位相となる音波は、第２の発音
板３２によつてカツトされる状態となり、音波の
回り込みによる打ち消し合いを防止できるように
なる。ちなみに、第２の発音板３２がない場合を
想定すると前述の逆位相となる音波は第３図の音
響通路４５を通つて、第１の発音板３１の表側か
ら放射される音波と干渉し合い互いに打ち消し合
うのである。また、内部空気室３８は密閉状態と
なつているものであるため、その内部空気反力に
よつて振動が増大される状態となり、音響増幅動
作が可能の状態となる。これは、第２の発音板３
２に対しても、第１の発音板３１が同様の作用を
するようになるものであり、したがつて、内部空
気室３８の効果は、第５図に示すような状態とな
る。この図において、曲線ＡおよびＢは、それぞ
れ第１および第２の発音板３１および３２単独で
存在する場合の、正弦波入力に対する周波数特性
データを示すもので、曲線Ｃは上記実施例のよう
に第１および第２の発音板３１，３１を並列に接
続設定した場合の同じく周波数特性データであつ
て、この曲線Ｃのデータでは曲線ＡおよびＢに対
してそれぞれ約15dbの増幅効果が存在すること
が確認できる。尚、このデータは、発音部材３９
をハウジング４４から取り出した状態で測定した
ものである。

すなわち、上記実施例に示した装置にあつて
は、第１および第２の発音板３１および３２で挟
まれる内部空気室３８が音響増幅のために利用さ
れる状態となるものであり、第１および第２の発
音板３１，３２の共振周波数が約800Hz以下の低
周波域で、特に有効な効果をもたらすものであ
る。

次に、２次共振増幅について説明すると、第１
および第２の発音板３１，３２の２次共振周波数
は、それぞれ約1250Hz、および約1550Hzである。
そして、上記発音装置では、主に音響通路４５
と、後側空気層４７との間で共鳴させているもの
で、その共鳴周波数は、第１および再２の発音板
３１，３２の２次共振周波数の中間周波数付近で
ある約1400Hzとされるものである。この周波数の
チユーニングは、主に音響通路４５の長さｈ、通
路幅ｙ、後側空気層４７の厚さhb等を適切に設
定することによつて実行される。したがつて、リ
ング３７の幅に相当する音響通路４５の長さが存
在するだけ、前側空気層４６の容積Ｖ（haの大き
さに対応する）が小さくとも、充分な２次共振増
幅効果が得られる。

この場合上記実施例の共鳴モードについて、有
限要素法シミユレーシヨンを用いて解析した結果
を示すと、第６図に示す状態となる。この図にお
いて、丸の大きさは各丸の中心位置における音圧
の大きさ（共鳴モード）を示している。すなわ
ち、前側空気層４６もひきずられるように（つま
り、互いに影響し合つて）共鳴（相互励振）する
状態となるもので、これによつて、発音板３１の
２次共振音圧も増幅させることが可能となるもの
である。

尚、上記実施例においては、前記の空気層４６
の厚さを後側の空気層４７の厚さよりも大きく設
定し、かつ放音用の開口４８ａ，４８ｂ，…は極
力外側に配置させる状態で構成したが、発音板３
１に対する増幅効果を大きくするためには、この
ように構成すると効果的である。

第７図は、上記実施例における共鳴増幅効果を
説明するもので、実線で示す曲線はこの実施例の
状態における共鳴増幅効果を、破線は上記実施例
に示したハウジング４４を取り外した場合の共鳴
増幅効果を示すもので第５図の実線波形に相当す
るものであり、これは正弦波入力に対する周波数
特性データの状態で示している。すなわち、上記
のようなハウジング４４の存在により、発音板３
１，３２の２次共振音圧は、共に約8dB以上増幅
できるようになる。

すなわち、第１図で示したような従来の手段の
考え方では、１枚の発音板に対して１つの共鳴室
を設ける構成のものであり、したがつて発音板が
２枚となればその共鳴室も２つとなり、この発音
装置の大きさも２倍となるものである。この点、
上記実施例では示したように構成することによつ
て、前側および後側の空気層４６，４７を合計し
ても15mmであり、従来と同等程度の空気層の大き
さで、２枚の発音板３１，３２共に充分に増幅さ
せることが可能となる。

次に、上記実施例における発音部材３９を支持
する支持部材４３ａ，４３ｂ，…について考察し
てみると、発音部材３９を構成する第１および第
２の発音板３１，３２共に、その１次共振モード
は外周部が振動の節とはならないもので、リング
３７の振動が大きい状態となる。したがつて、こ
のリング３７を完全に固定してしまうとこの支持
部で振動が抑制される状態となつてしまい、発音
板３１，３２の振動発音効果が抑制されてしま
う。また、ハウジング４４に対して大きな振動が
直接的に伝達される状態となつて、びびり音が発
生するような問題が生ずる。このため、支持部材
４３ａ，４３ｂ，…を振動を吸収するゴムのよう
な材料によつて構成するものである。

第８図は、第１図で示した従来例との対比で周
波数特性データを示すもので、実線は第３図で示
した実施例の特性を、破線は第１図で示した従来
例の特性をそれぞれ示している。

この特性図からも明らかなように、実施例に示
した発音装置にあつては、従来と同程度の大きさ
によつて、基本周波数となる低音域の応答性に富
み、音圧成分となる２次共振域の帯域幅の広い発
音装置が構成されるようになるものである。例え
ば、駆動回路４２から400Hz，500Hz，1200Hz，
1500Hzの周波数成分を含んだ振動波形信号を供給
することによつて、ソフトな感じでしかも豊かな
音色の警報音が発生されるようになるものであ
る。

上記実施例にあつては、発音部材３９を支持す
る支持部材４３ａ，４３ｂ，…は、リング３７の
外側に突設する状態で設定した。しかし、この発
音部材３９の支持構造は適宜変形できるものであ
り、例えば第９図に示すように、リング３７の第
１および第２の発音板３１，３２に対応する両面
部までも含む状態で嵌め込み設定される断面コ字
型に成型したスポンジを用いて支持部材５１を構
成してもよいものであり、この場合ハウジング４
４の蓋体部４４ｂの外周部をテーパ状態に形成し
て、このテーパ部によつて上記支持部材５１を押
えるようにして固定保持させるようにしてもよ
い。また、リング３７の側壁には、内部空気室３
８の増幅効果を失わない程度の、例えば直径1.5
mm程度の穴５２を設け、内部気圧差による特性変
化が発生しないように対策してもよいものであ
る。

また、第１０図に示すように、ハウジング４４
の側壁部分に対しても放音のための開口５３ａを
設ける状態としてもよい。そして、さらに第１お
よび第２の発音板３１，３２の共振周波数を異な
らせる手段として、振動板３３，３４を例えば黄
銅のような同じ材料によつて構成し、その形状を
異ならせて共振周波数を異なる状態に設定するよ
うにしてもよいものである。また、このような振
動板の外周部分は、溶着、かしめ等の手段によつ
て固定する構造としてもよい。

このような発音部材３９において、第１および
第２の振動板３３および３４は、これまでに示し
たように板状のものに限定されるものではなく、
第１１図に示すように互いに対向する面部分を開
口した容器状態（すなわち断面Ｕ字状のトレイ形
状）に構成し、この容器状態にした振動板３３，
３４の周部をリング３７の端面に形成した溝３７
ａに対して指し込み設定して固定するようにして
もよい。また、この発音部材３９の支持部の構造
においても、リング３７の外周部に対して鍔状の
フランジ５３を突設し、このフランジ５３を支持
部材４３ａ，４３ｂ，…に形成した切り込み凹部
に嵌め込み設定して、発音部材３９が支持設定さ
れるように構成してもよいものである。さらに、
ハウジング４４の蓋体部４４ｂに形成される放音
用の開口も、多数の小さな孔で形成するものに限
らず、スリツトによつて構成してもよいことはも
ちろんである。

発音部材３９を構成する第１および第２の発音
板３１，３２は、実施例に示したように振動板３
３，３４のそれぞれ一方の面に対して圧電素子３
５および３６を接合設定するように構成したが、
これは第１２図に示すように第１および第２の振
動板３３および３４のそれぞれ両方の面に対し
て、圧電素子３５ａ，３５ｂ、および３６ａ，３
６ｂを接合したバイモルフ構造として構成しもよ
いものである。この場合、振動板３３，３４にそ
れぞれ接合される圧電素子３５ａと３５ｂ、およ
び３６ａと３６ｂとは、それぞれ並列接続しても
よいものであるが、それぞれ別系統の駆動回路に
よつて駆動するように構成してもよい。また、こ
の場合第１３図に示すように、圧電素子の表面に
対して電極５４を形成すると共に、この電極５４
から分割される状態で上記圧電素子の上に副電極
５５を設け、これら電極５４および５５と振動板
上の電極５６とによる３端子によつて、従来から
知られている自励発振方式による駆動信号発生手
段を構成するようにしてもよいものである。

尚、第３図に示した実施例ではリング３７を設
けたが、リング３７を省略して振動板３３と３４
を直接接触させて、振動板３３，３４相互間に空
気室を形成する形状とすることも可能である。

［発明の効果］ すなわち、この発明に係る発音装置にあつて
は、 (i) 発音板３１，３２の前後の空気層４６および
４７と、これらの空気層４６，４７を連通する
リング状音響通路とを有するように構成するこ
とにより、前記両空気層４６，４７の共鳴によ
る２次共振増幅効果が良好に発揮される (ii) 発音板３１，３２を弾性支持部材４３ａ，４
３ｂ，…によつてハウジング４４に対して弾性
支持するように構成しているので、発音板３１
および３２の振幅を充分に大きく取ることがで
きるようになり、これにより発音板３１，３２
の振動発音効果が良好に発揮される。

(iii) また、この様に発音板３１，３２をハウジン
グ４４に対して弾性支持することにより、発音
板３１，３２の振動が直接ハウジング４４に伝
達されることがなく、びびり音の発生等の不具
合も効果的に排除できる。

したがつて、以上のようなこの発明によれば、
従来と同等の大きさに構成する状態であつても、
特に低音域において応答性の優れた発音装置を構
成することのできるものであり、しかも共振ピー
クの帯域幅を充分に大きなものとすることがで
き、音色が充分に良好な状態で充分な音圧が得ら
れるようになるものであり、例えば自動車用の警
報音発生装置として効果的に応用できるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の発音装置を説明する構成図、第
２図は上記発音装置の駆動回路を示す図、第３図
および第４図はこの発明の一実施例に係る発音装
置を示すもので、第３図は第４図の−線に沿
う断面図、第４図は第３図の−線に沿う断面
図、第５図は上記実施例装置の空気室における増
幅効果を説明する曲線図、第６図は上記発音装置
における共鳴モードを説明する図、第７図は同じ
く共鳴増幅効果を示す図、第８図は上記発音装置
の周波数特性データを従来例と対比して示す図、
第９図乃至第１２図はそれぞれこの発明の異なる
実施例を説明する構成図、第１３図はさらに圧電
素子に対する電極構成の他の例を説明する図であ
る。 ３１，３２……第１および第２の発音板、３
３，３４……第１および第２の振動板、３５，３
６……第１および第２の圧電素子、３７……リン
グ、３８……内部空気室、３９……発音部材、４
２……駆動回路、４３ａ，４３ｂ，……支持部
材、４４……ハウジング、４５……音響通路、４
６，４７……前側および後側空気層、４８ａ，４
８ｂ，……開口（放音用）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 圧電素子で駆動される発音体を有する発音装
   置であつて、 第１の振動板３３、 この第１の振動板３３に接合された第１の圧電
   素子３５、 前記第１の振動板３３と前記第１の圧電素子３
   ５とからなる第１の発音板３１、 この第１の発音板３１に対向設定された第２の
   発音板３２、 この第２の発音板３２を構成する第２の振動板
   ３４、 この第２の振動板３４に接合され、前記第２の
   発音板３２を構成する第２の圧電素子３６、 前記第１の発音板３１と前記第２の発音板３２
   との間に形成された空気室３８、 前記第１および第２の発音板３１，３２を囲む
   ハウジング４４、 このハウジング４４と前記第１の発音板３１と
   の間に形成された前側空気層４６、 前記ハウジング４４と前記第２の発音板３２と
   の間に形成された後側空気層４７、 前記前側空気層４６と前記後側空気層４７とを
   連通し、前記ハウジング４４と前記第１、第２の
   発音板３１，３２の外周部側方との間に位置する
   実質リング状の音響通路４５、 この音響通路４５内に部分的に設けられ、前記
   第１、第２の発音板３１，３２の外周部を前記ハ
   ウジング４４に対して弾性的に支持する弾性支持
   部材４３ａ，４３ｂ，…、 前記第１の発音板３１と対向する前記ハウジン
   グ４４に設けられ、前記前側空気層４６と大気と
   を連通する放音用開口部分４８ａ，４８ｂ，…、
   および 前記第１、第２の圧電素子３５，３６に振動電
   圧を供給する駆動回路４２、 を備えることを特徴とする発音装置。 ２ 前記空気室３８は密閉して構成されるように
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の発音装置。 ３ 前記第１、第２の圧電発音板３１，３２の１
   次共振周波数は互いに異なる800〔Hz〕以下に設定
   されており、かつその第２次共振周波数はそれぞ
   れの１次共振周波数の約３倍に設定されており、
   主として前記リング状の音響通路４５と前記後側
   空気層４７とで前記第２次共振周波数の中間周波
   数付近で共鳴するように設定され、かつ、自動車
   用に供されることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の発音装置。 ４ 前記第１、第２の発音板３１，３２の共振周
   波数がそれぞれ異なることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の発音装置。 ５ 前記空気室３８は、小孔５２を介して前記空
   気室３８の外側の空間と連通されていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の発音装置。 ６ 前記放音用開口部分４８ａ，４８ｂ，…は、
   前記前側空気層４６の外周寄りに分布しているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の発音
   装置。 ７ 前記前側空気層４６の層の厚さが、後側空気
   層４７の厚さよりも大きくされていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の発音装置。