JPH1094093A

JPH1094093A - 圧電発音体

Info

Publication number: JPH1094093A
Application number: JP8245025A
Authority: JP
Inventors: Nozomi Toki; 望土岐
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1996-09-17
Filing date: 1996-09-17
Publication date: 1998-04-10

Abstract

(57)【要約】【課題】圧電発音体の低消費電力、低コストの特性を
生かしながら、大きな音圧と小型化を実現する。【解決手段】弾性板２に圧電体８を張り付けて、電圧
をかけると屈曲する圧電アクチュエータ１０の一端部が
支持部９に固定され、他端の自由端部に円盤状の振動板
１が、圧電アクチュエータが屈曲する方向に対して垂直
に、連結部６を介して取り付ける。電圧をかけて圧電ア
クチュエータ１０を屈曲させ、圧電アクチュエータ１０
の自由端部が変位することを利用し、その自由端部に取
り付けられた振動板１を振動し、音波が発生される。こ
の音波は放音孔４を通して、本体ケース３の外部に放出
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧電発音体に関し、
特に携帯電話、ポケベルなどのサウンダとして小型で高
い音圧を発生する発音体に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧電発音体は、電圧をかけてひずみが生
じる圧電体を利用し、そのひずみによって振動板の変位
を生じさせ、その動作を繰り返すことによって振動板を
振動して音波を発生させるように仕組まれている。ま
た、圧電発音体は消費電力が低く、かつ小型化が可能な
ため、電気・音響変換装置として広く利用されている。

【０００３】図１１は従来の圧電発音体を示したもの
で、（ａ）は縦断面、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面
図である。従来の圧電発音体は図１１に示すように圧電
体６８が張り付けられた振動板６１を備えている。振動
板６１は、周辺支持部６９により本体ケース６３内に空
間的に支持されている。また、本体ケース６３には、放
音孔６４が形成されており、この放音孔６４は、本体ケ
ース内側と振動板とで確保された空気室６７の空間を本
体ケース外部と連通させる。圧電体６８は電気信号を受
けて圧縮伸長し、振動板６１は、圧電体６８の圧縮伸張
による屈曲運動を空気室６７の空間で繰り返すことで、
放音孔６４から音波を放出させる。

【０００４】また、小型で高い音圧を発生する発音体と
して、マグネチックサウンダが知られている。図１２
は、このマグネチックサウンダの断面図であり、コイル
８０に電流が流れると、コイル８０によって発生する磁
力で鉄片の振動板７１が吸引と反発を繰り返し、音が発
生する。このマグネチック型は、振動板７１の変位が大
きく、圧電型と比較して小さな振動板面積で高い音圧を
発生する。しかし、コイル８０に流れる電流は多く、低
消費電力化に問題がある。このため、低消費電力での圧
電発音体の音圧向上が望まれ、特開昭６３−２２７１９
９号公報では、振動板に溝を設けることで、振動板の変
位を大きくし、低消費電力で高い音圧を得る方法が提案
されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の技
術において、圧電発音体は振動板の屈曲運動により音を
発生しているので、高い音圧を得るためには振動板の屈
曲を大きく取らなければならず、マグネチック型に比べ
て大きな振動板面積が必要とされ、小型化が困難になる
という問題がある。また、圧電体の薄型化や、振動板の
自由度を高めて屈曲を大きくし、高い音圧を得る方法に
も限界がある。

【０００６】本発明の目的は、上述した従来技術の問題
に鑑み、圧電発音体の低消費電力という特徴に加え、小
型で高い音圧を得る圧電発音体を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、弾性部材に圧電体を張り付けて、電圧をか
けると屈曲する圧電アクチュエータを有する圧電発音体
において、前記圧電アクチュエータの一端を固定端と
し、もう一端を自由端として、前記自由端に振動板が、
前記圧電アクチュエータが屈曲する方向に対して垂直に
取り付けられ、前記圧電アクチュエータの長さが前記振
動板の外形寸法よりも長いことを特徴とする。

【０００８】また、前記振動板が、該振動板と前記弾性
部材とを一体として構成されることや、前記圧電アクチ
ュエータと前記振動板をもう一対加え、間隔をおいて前
記振動板を対向させた構造であることや、２つの振動板
が対向した場合に前記対向させた一対の振動板が、１枚
の振動板を折り曲げてコの字型に成形して構成されたこ
とが好ましい。また、前述したそれぞれの場合におい
て、前記各圧電アクチュエータは、２つの圧電体が張り
付けられ、電圧をかけると一方が縮み他方が伸びるバイ
モルフ型の構造であってもよい。さらに、前記振動板が
取り付けられた前記圧電アクチュエータは、放音孔が設
けられた中空のケース内に固定されていることが好まし
い。

【０００９】上記のとおりの発明では、一端部が固定さ
れた圧電アクチュエータに電圧をかけて圧電アクチュエ
ータを屈曲させると、この屈曲に伴って圧電アクチュエ
ータの自由端部が変位し、この変位を繰り返すことによ
って、圧電アクチュエータの自由端部に取り付けられた
振動板が上下に振動し、音波を発生させている。そし
て、振動板の外形寸法よりも圧電アクチュエータを長く
とって、圧電アクチュエータの固定端からの圧電体の距
離よりも前記固定端からの振動板の距離を離し、振動板
の屈曲ではなく、圧電アクチュエータの屈曲による振動
板の変位によって音波を発生させているので、圧電アク
チュエータの変位よりも大きい、振動板の変位をとるこ
とができる。また、振動板の外形寸法よりも圧電体を張
り付ける弾性部材を長くして、圧電アクチュエータを長
くしたことにより、圧電体が、圧電体を張り付けた弾性
部材の部分に、弾性部材を屈曲する力を作用させること
ができ、より長い圧電体を張り付けると、より大きい振
動板の変位を得ることができる。従って、高い音圧を得
る圧電発音体が可能となる。また、弾性部材と振動板が
一体化されると構成が簡略化されるので、製造コストを
低く抑えることが可能となる。

【００１０】圧電アクチュエータと振動板のセットをも
う一対加え、各圧電アクチュエータの一端部を放音孔が
設けられた中空のケースに固定し、もう一端の振動板側
を自由端とし、放音孔に連通するケース内部の空間を挟
んで、２つの振動板を対向するような構造とする。そし
て、この２つの圧電アクチュエータに電圧をかけて圧電
アクチュエータを屈曲させ、対向する２つの振動板を、
互いに引き合う、あるいは反発し合う方向に変位させる
と、２つの振動板に挟まれる空間の圧力変化が、振動板
１つの場合の倍となり、放音孔から放出される音波の音
圧を６dB増加させることができる。

【００１１】前述したそれぞれの場合、圧電アクチュエ
ータに圧電体を１つ組み込むほかに、圧電アクチュエー
タに圧電体を２つ組み込む、すなわち、弾性部材に圧電
体を２つ張り付けて電圧をかけると一方が縮み他方が伸
びるバイモルフ型にすることによって、振動板の変位を
さらに大きくし、より高い音圧を得る圧電発音体を可能
とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。

【００１３】（第１の実施の形態）図１は本発明の圧電
発音体の第１の実施形態の断面図である。本実施形態の
圧電発音体は図１に示すように、中空状の本体ケース３
の内部に設けられた、弾性部材である長方形の弾性板２
に圧電体８を張り付けて構成する圧電アクチュエータ１
０を備えている。この圧電アクチュエータ１０の一端
は、本体ケース３内の支持部９により固定された固定端
となっている。そして、圧電アクチュエータ１０のもう
一方の端部は自由端であり、この自由端には連結部６に
より円盤状の振動板１が接続されている。圧電アクチュ
エータ１０の２つの電極（不図示）は、リード線５によ
って本体ケース３の外部へ引き出されている。圧電アク
チュエータ１０を構成する弾性板２の長さは、振動板１
の直径よりも長くとってあり、弾性板２に振動板１の直
径よりも長い圧電体８が張り付けられている。振動板１
と、振動板１を取り囲む本体ケース３との間には空気室
７の空間が確保され、空気室７は、本体ケース３に設け
られた放音孔４を通じて本体ケース３の外部と連通し、
放音孔４から音波が放出される。

【００１４】次に、本形態の圧電発音体の動作を説明す
る。図２は、図１に示した圧電発音体の動作を説明する
ための断面図であり、この図２では圧電体８を省略して
いる。

【００１５】図２の（ａ）に示すように、リード線５に
電圧を加え、図１における圧電体８に電圧を加えると、
圧電体８の伸張により圧電アクチュエータ１０が屈曲
し、振動板１が図示上方に変位する。また、図２の
（ｂ）に示すように、（ａ）とは逆向きに電圧を加える
と、圧電体８の圧縮により圧電アクチュエータ１０が反
対側に屈曲し、振動板１も反対方向の図示下方に変位す
る。このような動作を繰り返すことで、放音孔４より音
波が放出される。

【００１６】このような形態によれば、振動板１を圧電
アクチュエータ１０の屈曲により上下に駆動しているの
で、圧電アクチュエータ１０の弾性板２を振動板１の直
径よりも長くとって、圧電アクチュエータ１０の固定端
からの圧電体８の距離よりも前記固定端からの振動板１
の距離を離すことにより、振動板１の変位が圧電アクチ
ュエータ１０の変位よりも大きくなり、同じ振動板の面
積をもつ従来の圧電発音体よりも大きい、振動板１の変
位を得ることが出来る。また、圧電アクチュエータ１０
の弾性板２を振動板１の直径よりも長くとるので、振動
板１の直径よりも長い圧電体８を弾性板２に張り付ける
ことによっても、圧電体８が、圧電体８を張り付けた弾
性板２の部分に、弾性板２を屈曲する力を作用させるこ
とができ、より長い圧電体８を張り付けると、振動板１
の変位がより大きくなる。

【００１７】従って、振動板面積が小さいながらも高い
音圧の圧電発音体が可能となる。さらに、振動板の面積
を小さくしても振動板の変位を大きく取れるため、より
小型化された圧電発音体を実現できる。

【００１８】（第２の実施の形態）図３は本発明の圧電
発音体の第２の実施形態の断面図である。この図３で
は、第１の実施形態と同一の構成部品には同一符号を付
してあり、以下では第１の実施形態と異なる構成部品に
ついて述べる。

【００１９】本実施形態では図３に示すように、金属性
の振動板２１が、第１の実施形態の振動板１と弾性板２
とを一体化して、円盤と長方形の板が連設された形状に
なっている。圧電アクチュエータ３０は、振動板２１の
長方形の弾性板部分と、その弾性板部分に張り付けられ
た圧電体２８とで構成され、振動板２１の一端が支持部
９に固定され、円盤側が自由端になっている。ここで
も、振動板２１の弾性板部分の長さを円盤部分の直径よ
りも長くとり、弾性板部分に円盤部分の直径よりも長い
圧電体２８が張り付けられている。

【００２０】本実施形態における圧電発音体の動作は、
第１の実施形態と同様であり、詳細は図２において説明
しているので、ここでは概略を説明する。図３における
圧電体２８に電圧をかけると圧電アクチュエータ３０が
屈曲するので、振動板２１の円盤部分が上、あるいは下
に変位する。この動作を上下に繰り返すことで放音孔４
より音波が放出される。

【００２１】このような形態によれば、第１の実施形態
と同様の形態を採るので、振動板２１の円盤部分と同じ
振動板面積を持つ従来の圧電発音体よりも大きい、振動
板の変位を得ることができる。従って、振動板面積が小
さいながらも高い音圧の発音体が可能となり、さらに、
第１の実施形態における振動板１と弾性板２が一体化さ
れるので、第１の実施形態と比べて構成が簡略化される
ため、製造コストを低く抑えることができ、より小型化
が可能になる圧電発音体を実現できる。

【００２２】（第３の実施の形態）図４は本発明の圧電
発音体の第３の実施形態の断面図である。この図４で
も、第１の実施形態と同一の構成部品には同一符号を付
してあり、以下では第１の実施形態と異なる構成部品に
ついて述べる。

【００２３】本実施形態では図４に示すように、第２の
実施形態と同様に弾性板と一体化させた振動板２１の両
面に２つの圧電体が張り付けられた構成をしていて、圧
電体３８ａ、３８ｂが振動板３１の長方形の弾性板部分
の両面にそれぞれ張り付けられ、圧電アクチュエータ４
０が振動板３１の弾性板部分と２つの圧電体３８ａ、３
８ｂとで構成されている。バイモルフ型の圧電発音体と
同様に、電圧をかけると一方の圧電体が伸び、他方の圧
電体が縮むように構成することで、振動板３１の圧電ア
クチュエータ４０の屈曲を大きくする。

【００２４】このような形態によれば、第１、第２の実
施形態の効果に加え、さらに振動板３１の円盤部分の変
位が増加し、その結果として、第１、第２の実施形態よ
りさらに音圧を高くする効果がある。

【００２５】（第４の実施の形態）図５は本発明の圧電
発音体の第４の実施形態の断面図である。本実施形態の
圧電発音体は図５に示すように、中空状の本体ケース４
３の内部に、２つの振動板４１ａ、４１ｂを、間隔をお
いて対向するように配置し、各振動板４１ａ、４１ｂの
一端のみを支持部４９に固定して成る。２つの振動板４
１ａ、４１ｂは第２、第３の実施形態と同様に、円盤と
長方形の板が連設された形状をしていて、各振動板４１
ａ、４１ｂの長方形の弾性板部分と、その弾性板部分に
張り付けられた各圧電体４８ａ、４８ｂとでそれぞれ２
つの圧電アクチュエータ５０ａ、５０ｂが構成される。
それぞれ、圧電対４８ａ、４８ｂは電極１１を、金属製
の振動板４１ａ、４１ｂは電極１２を介して電気的に接
続されている。電極１１、１２はリード線４５により、
本体ケース４３の外部に引き出されている。本体ケース
４３の内部の空間である空気室４７は、本体ケース４３
に設けられた放音孔４４を通じて本体ケース４３の外部
と連通し、放音孔４４から音波が放出される。また、図
６は本実施形態における本体ケース４３の概略斜視図を
示している。

【００２６】次に、本形態の圧電発音体の動作を説明す
る。図７は本実施形態の動作を説明する断面図である。
図７の（ａ）に示すようにリード線４５に電圧を加える
と、振動板４１ａ、４１ｂは互いに逆向きに変位して、
お互いが引き合う形になる。また、図７の（ｂ）に示す
ように、（ａ）の場合とは逆向きに電圧を加えると、そ
れぞれの振動板４１ａ、４１ｂが（ａ）の場合と反対に
変位して、お互いが反発し合う形になる。この動作を繰
り変えすことにより２つの振動板４１ａ、４１ｂに挟ま
れる空間の圧力変化を生じさせ、放音孔４４より音波が
放出される。

【００２７】このような形態によれば、２つの振動板４
１ａ、４１ｂに挟まれる空間の圧力変化は、振動板が１
つの場合の振動板の振幅が倍増することと等価であり、
その結果として音圧も６dB増加する。また、各圧電体４
８ａ、４８ｂを対向させて電極９を設けて共用すること
で、圧電体を２枚に増やしたにも関わらず１つの電極で
２つの圧電体の電極を構成することが可能である。

【００２８】（第５の実施の形態）図８は本発明の圧電
発音体の第５の実施形態の断面図である。この図８で
は、第４の実施形態と同一の構成部品には同一符号を付
してあり、以下では第４の実施形態と異なる構成部品に
ついて述べる。

【００２９】本実施形態では、図８に示した振動板５１
が、図９に示すように第４の実施形態の振動板４１を２
つ、円盤部分を外側に向けて連結したような、長い長方
形の板の両側に円盤が２つ配設された形状をしている。
この金属性の振動板５１に２つの圧電体５８ａ、５８ｂ
を張り付けた後、図８及び図１０に示すように振動板５
１を、円盤部分が対向するようにコの字型に折り曲げ
て、振動板５１自体を電極として利用する。これによ
り、第４の実施形態と同様の構成を実現している。

【００３０】このような形態によれば、振動板５１を、
円盤部分が対向するようにコの字型に折り曲げて使うの
で、振動板５１は、圧電体５８ａ、５８ｂが接続する共
通の電極になり、第４の実施形態の図５に示した電極１
２が削除され、第４の実施形態と比較して製造コストを
下げることができる。

【００３１】また、振動板５１の長方形の弾性板部分２
箇所に圧電体５８ａ、５８ｂが張り付けられて構成する
２つの圧電アクチュエータ部分（不図示）を、第３の実
施形態で説明したバイモルフ型として、各弾性板部分の
両面に２つずつ圧電体を張り付け、電圧をかけると一方
が縮み他方が伸びる構成にして、さらに音圧を増加させ
てもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、圧電アク
チュエータの一端を固定端とし、もう一端を自由端とし
て、その自由端に、圧電アクチュエータの屈曲方向に対
して垂直に振動板を取り付け、圧電アクチュエータの長
さを振動の外形寸法よりも長くすることにより、振動板
の変位を大きく取れ、従来の技術の同じ振動板の面積を
持つ圧電発音体よりも高い音圧を得る圧電発音体の実現
が可能となる。その上、振動板の面積を小さくしても振
動板の変位を大きく取れるため、小型化された圧電発音
体を実現できる。

【００３３】また、圧電アクチュエータと振動板をもう
一対、振動板を、間隔をおいて対向させる構成により音
圧を増加させることができる。この場合、２つの圧電ア
クチュエータのそれぞれ一端部が、放音孔が設けられた
中空のケースに固定され、前記各圧電アクチュエータに
接続する２つの振動板が、間隔をとって対向するよう
に、前記ケースの内部に配置され、前記放音孔から音波
が発生する構成にすると、振動板が１つの場合と比べ
て、音圧を６dB向上させることができる。

【００３４】さらに、圧電アクチュエータを構成する弾
性部材と振動板とを一体化したり、２つの振動板を対向
させる場合に、２つの振動板を一体化して、振動板を２
つの圧電体の共通の電極として利用することにより、部
品数を少なくし、また電極の数を少なくしたシンプルな
商品構成をして、圧電発音体の製造コストを下げること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の圧電発音体の断面図
である。

【図２】図１に示した圧電発音体の動作を説明するため
の断面図である。

【図３】本発明の第２の実施形態の圧電発音体の断面図
である。

【図４】本発明の第３の実施形態の圧電発音体の断面図
である。

【図５】本発明の第４の実施形態の圧電発音体の断面図
である。

【図６】図５に示した圧電発音体の本体ケースの外観斜
視図である。

【図７】図５に示した圧電発音体の動作を説明するため
の断面図である。

【図８】本発明の第５の実施形態の圧電発音体の断面図
である。

【図９】図８に示した振動板の形状と構成を示す平面図
である。

【図１０】図９に示した振動板を折り曲げた状態を示す
斜視図である。

【図１１】従来の技術による圧電発音体の断面図であ
る。

【図１２】従来の技術によるマグネチックサウンダの断
面図である。

【符号の説明】

１、２１、３１、４１ａ、４１ｂ、５１、６１、７１
振動板２弾性板３、４３、６３、７３本体ケース４、４４、６４、７４放音孔５、４５リード線６連結部７、４７、６７、７７空気室８、２８、３８ａ、３８ｂ、４８ａ、４８ｂ、５８ａ、
５８ｂ、６８圧電体９、４９支持部１０、２０、３０、４０、５０ａ、５０ｂ圧電アク
チュエータ１１電極１２電極６９、７９周辺支持部８０コイル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】弾性部材に圧電体を張り付けて、電圧を
かけると屈曲する圧電アクチュエータを有する圧電発音
体において、前記圧電アクチュエータの一端を固定端とし、もう一端
を自由端として、前記自由端に振動板が、前記圧電アク
チュエータが屈曲する方向に対して垂直に取り付けら
れ、前記圧電アクチュエータの長さが前記振動板の外形
寸法よりも長いことを特徴とする圧電発音体。
【請求項２】前記振動板が、該振動板と前記弾性部材
とを一体として構成された請求項１に記載の圧電発音
体。
【請求項３】前記圧電アクチュエータと前記振動板を
もう一対加え、間隔をおいて前記振動板を対向させた構
造である請求項１または２に記載の圧電発音体。
【請求項４】前記対向させた一対の振動板が、１枚の
振動板を折り曲げてコの字型に成形して構成された請求
項３に記載の圧電発音体。
【請求項５】前記各圧電アクチュエータはそれぞれ、
２つの圧電体が張り付けられ、電圧をかけると一方が縮
み他方が伸びるバイモルフ型の構造である請求項１ない
し４のいずれか１項に記載の圧電発音体。
【請求項６】前記振動板が取り付けられた前記圧電ア
クチュエータは、放音孔が設けられた中空のケース内に
固定されている請求項１ないし５のいずれか１項に記載
の圧電発音体。