JPH1051897A - 圧電型電気音響変換器 - Google Patents
圧電型電気音響変換器Info
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Abstract
ることなく、より低い共振周波数の圧電型電気音響変換
器を構成する。 【解決手段】 金属板5の片面に圧電セラミックス6を
貼り合わせてなる圧電振動板4を外周縁部で支持してな
る圧電型電気音響変換器において、圧電振動板4の周縁
部に、駆動時に、周縁部における応力の周方向への伝達
を抑制するために、応力伝達抑制手段として複数の突出
部5aを設けたことを特徴とする圧電型電気音響変換
器。
Description
などに用いられる圧電型電気音響変換器に関し、より詳
細には、圧電振動板の構造を改良することにより共振周
波数を低めることが可能とされている圧電型電気音響変
換器に関する。
2−24399号公報に開示されている。ここでは、相
対的に径の大きな第1の筒状ケースと、相対的に径の小
さな第2の筒状ケースとにより圧電振動板を支持してな
る圧電型電気音響変換器が開示されている。すなわち、
第1の筒状ケースの内周面に中間段差部を設け、該中間
段差部と、第1の筒状ケースに挿入された第2の筒状ケ
ースの端面との間に圧電振動板の周縁部を挟持すること
により、圧電振動板が支持されている。
換器では、圧電振動板の周縁部の全周にわたる部分で圧
電振動板を支持しているため、音圧ピークすなわち共振
周波数をより低い周波数にシフトさせたい場合には、圧
電振動板の径を大きくしたり、あるいは圧電振動板の厚
みを薄くしなければならなかった。
然のことながら、圧電型電気音響変換器全体のサイズが
大きくならざるを得ない。また、圧電振動板の厚みを薄
くした場合には、圧電振動板を構成している圧電セラミ
ック板や圧電セラミック板が貼り付けられている金属板
を薄くしなければならず、製造が困難となることにより
コストが増大したり、特性が不安定になったりする。
ことなく、より低い周波数側で音圧レベルのピークを得
ることを可能とする圧電型電気音響変換器が実開平5−
90594号公報に開示されている。
いる圧電型電気音響変換器では、円板型の圧電振動板
が、第1の筒状ケースと、第1の筒状ケース内に挿入さ
れる第2の筒状ケースとにより支持されている。すなわ
ち、第1の筒状ケースの内周面に設けられた中間段差部
と、第2の筒状ケースの開口端面とにより、円板型の圧
電振動板が支持されている。もっとも、音圧ピークを低
周波数側にシフトさせるために、ここでは、第1,第2
の筒状ケースの少なくとも一方において、圧電振動板を
支持する部分に部分的に切欠部が形成されており、それ
によって圧電振動板の周縁部において、周方向の一部に
おいてのみ圧電振動板が支持されている。
ば、上記のようにケース構造を改良することにより圧電
振動板の周縁部で部分的に支持することにより音圧ピー
クの低周波化が図られるとされている。
の圧電振動板の周縁部を第1,第2の筒状ケースで機械
的に支持するに際し、ケース構造を改良して支持部分を
部分的なものとしたとしても、共振周波数の低域側への
シフトには限界があった。すなわち、共振周波数を低め
るにも限界があり、より一層低い共振周波数が求められ
る場合には適用することができなかった。
の方法では、部分的な支持を果たすために特殊な形状の
ケース材が必要であり、従ってコストが高くつくだけで
なく、目的とする共振周波数に応じて多種多様なケース
材を用意しなければならなかった。
変更せずとも共振周波数をより一層低めることができ、
しかも、特殊なケース材を必要としない圧電型電気音響
変換器を提供することにある。
成するために成されたものであり、本発明の広い局面に
よれば、金属板の片面に圧電素子を貼り合わせてなる圧
電振動板を該圧電振動板の周縁部で支持してなる圧電型
電気音響変換器において、駆動時に、周縁部における応
力の周方向への伝達を抑制するように、圧電振動板の周
縁部に応力伝達抑制手段を設けたことを特徴とする、圧
電型電気音響変換器が提供される。
圧電素子を貼り合わせてなる圧電振動板を該圧電振動板
の周縁部で支持した構造を有する圧電型電気音響変換器
において共振周波数を低めるには、周縁部における応力
の周方向への伝達を抑制すればよいことを見い出し、本
発明を成すに至った。本発明では、圧電振動板に応力伝
達抑制手段が設けられており、それによって周縁部にお
ける応力の周方向への伝達が確実に抑制される。従っ
て、圧電型電気音響変換器における共振周波数を効果的
に低めることが可能とされる。
伝達抑制手段は、圧電振動板の周縁部において、圧電振
動板が支持されない部分を圧電振動板自体に設けたこと
により構成されている。
様で構成することができ、特に限定されるものではない
が、例えば、圧電振動板の外周縁において側方に突出す
る複数の突出部を設け、該複数の突出部間の空間により
構成することができる。また、圧電振動板の外周縁から
内側に向かって形成された切り込みにより応力伝達抑制
手段を構成することも可能である。さらに、圧電振動板
の外周縁近傍に設けられた窓部により応力伝達抑制手段
を構成してもよい。
持面を有する第1,第2のケース材がさらに備えられて
おり、この場合、圧電振動板の周縁部が上記応力伝達抑
制手段を設けたことにより部分的に支持されるように、
第1,第2のケース材の閉環状支持面間に圧電振動板が
挟持される。
1のケース材は、内周面に段差部を有する第1の筒状ケ
ースであり、該段差部により閉環状支持面が構成され、
第2のケース材が第1のケース材に挿入される第2の筒
状ケースであり、第2の筒状ケースの一方端面が閉環状
支持面を構成する。
も円筒状のものである必要はなく、圧電振動板の平面形
状に応じて角筒状などの適宜の形状とすることができ
る。また、本発明における圧電振動板の形状について
は、円板のものに限定されず、四角形板などの他の形状
のものであってもよい。従って、圧電振動板の周縁部な
る表現において、「周縁部」は必ずしも円周状の周縁部
のみを示すものではなく、四角形の周縁部等も含むもの
とする。
面の閉環状なる用語についても、円環に限らず角環をも
含むものとする。なお、上記閉環状支持面とは、必ずし
も閉環に沿って幅を有するものに限らず、ほとんど幅を
有しない線接触的に圧電振動板を構成するものをも含む
ものとする。
係る圧電型電気音響変換器を示す縦断面図である。
大きな有底円筒状の第1の筒状ケース2と、相対的に径
の小さな有底円筒状の第2の筒状ケース3とを備える。
第1,第2の筒状ケース2,3は、合成樹脂、金属また
はセラミックス等の適宜の材料により構成することがで
き、その材質については特に限定されるものではない。
るための開口2aを有する。また、上面の周縁部から下
方に向かって延びる筒状部2bを有する。筒状部2bの
内周面の中間高さ位置には、段差部が設けられており、
該段差部の下方に向かう面が閉環状支持面としての円環
状支持面2cを構成している。円環状支持面2cの下方
には、周方向に延びる係合凹部2dが形成されている。
aを有する。開口3aは、後述の電極引き出し手段とし
てのリード線7,8を引き出すために設けられている。
筒状ケース3の底面の周縁部から上方に立ち上がるよう
に筒状部3bが設けられている。筒状部3bの上端が、
閉環状支持面としての円環状支持面3cを構成してい
る。また、筒状部3bの中間高さ位置においては、外側
に突出するように係合突起3dが形成されている。係合
突起3dは、第1の筒状ケース2に設けられた係合凹部
2dに嵌合させるために設けられている。
金またはステンレスなどからなる金属板5の下面に圧電
セラミックス6を貼り合わせた構造を有する。圧電セラ
ミックス6の下面には、図示しない電極が形成されてい
る。圧電振動板6の下面の電極には、リード線7が接合
されており、金属板5の下面には、リード線8が接続さ
れている。リード線7,8は電極引き出し手段を構成し
ており、リード線7,8から電圧を印加することにより
圧電セラミックス6が励振され、金属板5とともに振動
する。
ース2の円環状支持面2cと、第2の筒状ケース3の円
環状支持面3cとの間に挟持されることにより支持され
ている。
図2に底面図で示すように、応力伝達抑制手段が設けら
れていることにある。図2に示すように、圧電振動板4
の金属板5の外周縁には、複数の突起5aが形成されて
いる。従って、金属板5の外周縁では、周方向に、複数
の突起5aが分散形成されているため、隣り合う突起5
a,5a間に空間が設けられることになる。
の突起5aが設けられている部分において、図1に示し
た円環状支持面2c,3c間に挟持されている。従っ
て、圧電振動板4は、その外周縁において、部分的にの
み支持されることになるため、実開平5−90594号
公報に記載の圧電型電気音響変換器の場合と同様に共振
周波数を低めることができる。
体に上記応力伝達抑制手段として複数の突起5a,5a
間の空間が設けられているため、駆動時に圧電振動板4
に発生した応力が外周縁部において周方向に伝搬しよう
としても、突起5a,5a間で遮断される。従って、上
記圧電振動板自体における周方向への応力の伝達が抑制
されるため、より一層共振周波数が低められる。従っ
て、実開平5−90594号公報に記載の圧電型電気音
響変換器に比べて、より一層低い共振周波数の圧電型電
気音響変換器を提供することができる。なお、図2にお
いて、6aは電極を示し、圧電セラミックス6の下面に
おいて周縁にギャップを残すように形成されている。
得ることを、具体的な実験結果を参照して説明する。図
2に示した圧電振動板として、複数の突起5aの高さH
=0.5mm、図2に示す径D(すなわち複数の突起の
上端を含む金属板5の径)=15mm、金属板5の厚み
=0.1mm、圧電セラミックス板6の径=9mm、圧
電セラミックス板6の厚み=0.08mmのものを用意
した。なお、複数の突出部5aの数は、図2に示されて
いるように、周方向に8個形成した。
ース2,3で挟持し、その共振周波数を測定したとこ
ろ、図8に示す結果が得られ、共振周波数は3.76k
Hzであった。
ず、径が15mmの金属板を用いたことを除いては、上
記実施例と同様にして作製した圧電型電気音響変換器に
ついて、同様に共振特性を測定したところ、図9に示す
結果が得られ、中心周波数は4.69kHzであった。
20%も低下させ得ることがわかる。なお、本実施例に
おいて、上記複数の突起5aの大きさ、すなわち図2に
示す突起5aの幅W及び高さHや突起5aの数について
は特に限定されるものではない。もっとも、幅W、高さ
H及び数を適宜調整することにより、共振周波数をより
効果的に低め得ることが確かめられている。
圧電型電気音響変換器において、圧電振動板に設けた上
記突出部5aの数を変化させて、共振周波数を測定した
ところ、図10に示す結果が得られた。図10から明ら
かなように、突出部の数を8個から4個まで少なくして
いくことにより、共振周波数をより一層低め得ることが
わかる。もっとも、本願発明者の実験によれば、突出部
の数nは2以上とすべきことが確かめられている。すな
わち、突出部の数nが2未満の場合には、支持が困難と
なり、効果を確認することが難しい。
した金属板5の径Dについては、下記の式(1)及び
(2)を満たす設定することが好ましいことが確かめら
れている。
間隔については、均等であることが好ましいが、不均等
であってもよいことも確かめられている。さらに、図3
に底面図で示すように、複数の突出部5aを設けるにあ
たり、大きさが異なる突出部5b,5cを設けてもよ
い。
られる応力伝達抑制手段は複数の突出部5aであった
が、図4に底面図で示すように、金属板5の外周縁から
内側に向かって複数の切り込み11を形成し、それによ
って応力伝達抑制手段を構成してもよい。同様に、図5
に示すように、金属板の外周縁近傍において、複数の窓
部12を設け、該窓部12によって応力伝達抑制手段を
構成してもよい。
段は、駆動時に、圧電振動板の周縁部における応力の周
方向への伝達を遮断もしくは抑制し得るものである限
り、特に限定されず、図4に示す切り込み11や図5に
示す窓部12のように、適宜変形することができる。
は、平面形状が円形であったが、圧電振動板について
は、図6及び図7に示すように、略正方形の平面形状を
有するものであってもよい。図6に示す圧電振動板13
では、平面形状が略正方形の金属板14が用いられお
り、該金属板14の周縁に、等しい大きさの複数の突出
部14aが応力伝達抑制手段を構成するために設けられ
ている。また、図7に示す圧電振動板では、大きさの異
なる複数の突出部15a,15bなどが、略正方形の平
面形状を有する金属板15に設けられている。
複数の突出部に代えて、切り込みや窓部を形成して応力
伝達抑制手段を構成してもよい。さらに、圧電振動板の
平面形状は、円や正方形に限らず、長方形や六角形等の
他の形状であってもよい。
のケース材についても、圧電振動板の形状に応じて、適
宜の形状を有するように構成することができ、例えば図
6に示した圧電振動板13を支持する場合には、円環状
支持面2c,3c(図1参照)に代えて、角環状の支持
面を有する角筒状ケース材を用いればよい。
では、圧電振動板4は、周縁部において、第1,第2の
ケース材としての筒状ケース2,3の閉環状支持面2
c,3c間に挟持されて支持されていたが、圧電振動板
を周縁部で支持する構造である限り、適宜の支持構造を
用いることができる。例えば、図11に示すように、筒
状ケース21の中間高さ位置に閉環状支持面21aを構
成するための段差部を設け、該閉環状支持面21aに接
着剤22を用いて圧電振動板4を貼り合わせた構造であ
ってもよい。この場合においても、圧電振動板4は、上
述した複数の突出部5aにおいてのみ接着剤22によっ
て接着され固定されている。従って、図1に示した圧電
型電気音響変換器1の場合と同様に共振周波数を効果的
に低め得る。
出し手段としてリード線7,8を用いたが、図12に示
すように、ばね性を有するリード端子23,24を用い
て圧電振動板4の電極を引き出してもよい。
音響変換器では、圧電振動板を周縁部で支持した構造に
おいて、圧電振動板自体に上記応力伝達抑制手段が設け
られているので、駆動時に周縁部における応力の周方向
への伝達が効果的に抑制される。従って、圧電振動板が
周縁部において部分的に支持されていること、並びに上
記応力伝達抑制手段の作用が相まって、従来の圧電型電
気音響変換器に比べて共振周波数をより一層低周波数側
にシフトさせることができる。しかも、圧電振動板自体
に応力伝達抑制手段を設けた構造を有するに過ぎないた
め、圧電振動板を支持するための支持構造側の部材、例
えばケース材に特殊な構造を設ける必要がない。よっ
て、従来から用いられているケース材などを用いて、よ
り一層共振周波数の低い圧電型電気音響変換器を提供す
ることができるため、圧電型電気音響変換器のコストの
増大を招くこともない。
力伝達抑制手段を構成する場合には、圧電振動板を構成
するための金属板を打ち抜く際の金型や切断刃等を変更
するだけで、容易に応力伝達抑制手段が設けられた圧電
振動板を構成することができる。
を構成する場合においても、従来から用意されている圧
電振動板のための金属板に、切断刃等により切り込みを
形成することにより容易に達成し得る。
成する場合についても、圧電振動板を構成するための金
属板を打ち抜く際に、窓部も合わせて打ち抜き得るた
め、工程が増加することもない。
換器を示す断面図。
れる圧電振動板の底面図。
底面図。
が設けられている圧電振動板を示す底面図。
段を設けた圧電振動板の底面図。
た角板状の圧電振動板の底面図。
板状の圧電振動板の底面図。
示す図。
共振特性を示す図。
す図。
他の例を示す断面図であり、圧電振動板が接着剤により
支持されている例を示す図。
の圧電型電気音響変換器の変形例を示す断面図。
Claims (7)
- 【請求項1】 金属板の片面に圧電素子を貼り合わせて
なる圧電振動板を該圧電振動板の周縁部で支持してなる
圧電型電気音響変換器において、駆動時に、周縁部にお
ける応力の周方向への伝達を抑制するように、圧電振動
板の周縁部に応力伝達抑制手段を設けたことを特徴とす
る、圧電型電気音響変換器。 - 【請求項2】 前記応力伝達抑制手段は、圧電振動板の
周縁部において、圧電振動板が支持されない部分を圧電
振動板に設けたことにより構成されている、請求項1に
記載の圧電型電気音響変換器。 - 【請求項3】 前記応力伝達抑制手段が、圧電振動板の
外周縁において側方に突出する複数の突出部を設け、該
複数の突出部間の空間により構成されている、請求項2
に記載の圧電型電気音響変換器。 - 【請求項4】 前記応力伝達抑制手段が、圧電振動板の
外周縁から内側に向かって形成された切り込みにより構
成されている、請求項2に記載の圧電型電気音響変換
器。 - 【請求項5】 前記応力伝達抑制手段が、圧電振動板の
外周縁近傍に設けられた窓部により構成されている、請
求項2に記載の圧電型電気音響変換器。 - 【請求項6】 閉環状支持面を有する第1,第2のケー
ス材をさらに備え、 前記圧電振動板の周縁部が前記応力伝達抑制手段を設け
たことにより部分的に支持されるように、前記第1,第
2のケース材の閉環状支持面間に前記圧電振動板が挟持
されている、請求項1〜4の何れかに記載の圧電型電気
音響変換器。 - 【請求項7】 前記第1のケース材が、内周面に段差部
を有する第1の筒状ケースであり、該段差部により閉環
状支持面が構成されており、前記第2のケース材が第1
のケース材に挿入される第2の筒状ケースであり、第2
の筒状ケースの一方端面が閉環状支持面を構成してい
る、請求項6に記載の圧電型電気音響変換器。
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