JPH1152958A - 圧電型電気音響変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧電振動板の支持構造の影響を受け難く、音
圧のばらつきが小さく、高温下に配置された場合であっ
ても音圧の変化の少ない圧電型電気音響変換器を得る。 【解決手段】 ケース本体４と蓋材５とからなるケース
２内において、圧電振動板３をケース本体４の段差部４
ｄと蓋材５の環状支持部５ａとの間で挟持してなり、圧
電振動板３の共振周波数をｆｏ、共鳴空間の共鳴周波数
をｆｃａｖとしたときに、ｆｃａｖ＜ｆｏとなるように
圧電振動板３及びケース２が構成されている圧電型電気
音響変換器１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電サウンダや圧
電ブザー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、圧電振動板をケース内に収納し、ケ
ース内に共鳴空間が構成されている圧電型電気音響変換
器に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧電サウンダなどの圧電型電気音響変換
器では、圧電振動板をケース内に収納した構造のものが
広く用いられている。すなわち、合成樹脂よりなり、一
端に開口を有するケースと、該ケースの開口を閉成する
蓋材とで振動板を挟持すると共に、ケース内に振動板を
収納してなる構造のものが広く用いられている。この種
の圧電サウンダでは、ケースを樹脂成形品で構成するこ
とができ、比較的部品点数が少ないため、コストを低減
することができる。

【０００３】しかしながら、圧電振動板を、ケース材と
蓋材とで挟持しているため、圧電振動板を挟持する力の
ばらつきによる音圧のばらつきが大きいという問題があ
った。加えて、圧電振動板を挟持している合成樹脂より
なるケース材は、圧電振動板からの応力を受けるが、合
成樹脂よりなるため該応力を緩和するように作用する。
従って、この種の圧電サウンダを長時間の耐熱試験に供
すると、音圧変化が大きいという問題もあった。

【０００４】上記のような問題を解決するために、例え
ば、特開平８−１２３４２６号公報には、圧電振動板を
挟持することなく支持する構造を備えた圧電サウンダが
開示されている。ここでは、放音孔を有する天板部と、
天板部に連なる筒状部とを有するケース本体の開口側に
蓋材が取り付けられてケースが構成されている。そし
て、ケース本体の中間高さ位置において、内周面に段差
部が形成されており、該段差部に下方から圧電振動板が
当接されている。他方、圧電振動板は、ばね性を有する
リード端子によって上方に付勢されている。すなわち、
圧電振動板は、その下面に接触しているリード端子の付
勢力によって、上面が上述した段差部に圧接されて支持
されている。なお、このリード端子は、蓋材を貫通して
ケース外に引き出されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】特開平８−１２３４２
６号公報に開示されている圧電サウンダでは、上記のよ
うに圧電振動板が段差部の下面に当接され、かつ下方か
らリード端子が圧電振動板を上方に付勢するように接触
して圧電振動板が支持されている。従って、圧電振動板
がケース部材により挟持されている構造ではないため、
音圧のばらつきが少なく、かつ長時間の耐熱試験にさら
されたとしても、音圧の変化が小さい。

【０００６】しかしながら、特開平８−１２３４２６号
公報に記載の圧電サウンダでは、圧電振動板は上記段差
部とリード端子のばね性によって保持されているに過ぎ
ず、強固に支持されていない。そのため、落下試験、振
動試験または衝撃試験等に上記圧電サウンダを供する
と、圧電振動板がケース内で移動し、特性が不安定にな
るという問題があった。この問題を解決するには、リー
ド端子による弾性接触力を高めればよいが、リード端子
による弾性接触力を高めると、圧電振動板の振動がダン
ピングされ、音圧が低下する。

【０００７】本発明の目的は、音圧のばらつきが小さ
く、高温下にさらされても音圧の変化が小さいだけでな
く、耐衝撃性等においても優れている圧電型電気音響変
換器を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、ケース内に圧電振動板を収納してなり、ケース内に
圧電振動板の振動に伴って共鳴する共鳴空間が構成され
ている圧電型電気音響変換器において、前記圧電振動板
の共振周波数をｆｏとし、共鳴空間の共鳴周波数をｆｃ
ａｖとしたときに、ｆｃａｖ＜ｆｏとなるように圧電振
動板及びケースが構成されていることを特徴とする。

【０００９】また、本発明の特定的な局面では、前記ケ
ースが、放音孔を有する天板部と、天板部に連なってお
り、天板部とは反対側端部が開口している筒状部とを有
するケース本体と、前記ケース本体の開口を閉成するよ
うにケース本体に取り付けられ、かつケース本体側に突
出した支持部を有する蓋材とを有し、前記圧電振動板
が、前記支持部とケース本体との間に挟持されて支持さ
れている。なお、上記ケース本体及び蓋材は、好ましく
は、合成樹脂により構成される。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ、本発明
の非限定的な実施例を説明する。図１（ａ）及び（ｂ）
は、本発明の一実施例に係る圧電型電気音響変換器を示
す平面図及び縦断面図である。

【００１１】圧電サウンダ１は、ケース２内に円板状の
圧電振動板３を収納した構造を有する。ケース２は、ケ
ース本体４と蓋材５とを備える。ケース本体４及び蓋材
５は、合成樹脂成形品により構成されている。ケース本
体４は、天板部４ａと、天板部４ａに連なる筒状部４ｂ
とを有する。筒状部４ｂの下端は、開口しており、この
開口部を閉成するように蓋材５が取り付けられている。

【００１２】ケース本体４の天板部４ａには、放音孔４
ｃが形成されている。放音孔４ｃは、天板部４ａにおい
て複数形成されていてもよい。筒状部４ｂの内周面の中
間高さ位置には、段差部４ｄが形成されている。また、
筒状部４ｂの下端開口周縁には、内側に向かって突出し
た環状突出部４ｅが形成されている。

【００１３】他方、蓋材５は、ケース本体４側に突出さ
れた環状支持部５ａを有する。また、蓋材５には、リー
ド端子を引き出すための貫通孔５ｂ，５ｃが形成されて
いる。

【００１４】圧電振動板３は、金属板３ａの下面に圧電
セラミック板３ｂを貼り合わせた構造を有する。圧電セ
ラミック板３ｂの下面には、図示しない電極が形成され
ている。また、圧電セラミック板３ｂの上面は、導電性
または絶縁性の接着剤を用いて金属板３ａに付着されて
いる。もっとも、圧電セラミック板３ｂの上面にも電極
が形成されていてもよい。圧電セラミック板３ｂは、例
えばチタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックスなどの適
宜の圧電セラミックスにより構成することができる。

【００１５】圧電振動板３の上面すなわち金属板３ａの
上面が、段差部４ｄに当接されている。そして、圧電振
動板３は、段差部４ｄと、蓋材５の環状支持部５ａとで
挟持されてケース２内において支持されている。すなわ
ち、蓋材５をケース本体４にケース本体４の下方開口か
ら挿入し、環状支持部５ａの先端と段差部４ｄとで圧電
振動板３を挟持することにより、圧電振動板３が支持さ
れている。

【００１６】また、蓋材５の環状支持部５ａの下方部分
においては、外側に向かって突出した嵌合リブ５ｄが形
成されている。この嵌合リブ５ｄは、外径が、ケース本
体４側の下端開口に形成された環状突出部４ｅの内径よ
りも若干大きくされている。従って、蓋材５をケース本
体４に挿入した場合、蓋材５の嵌合リブ５ｄが上記環状
突出部４ｅを超えて内側に移動し、両者が互いに嵌合し
合うことにより、蓋材５がケース本体４に対して固定さ
れている。

【００１７】もっとも、蓋材５をケース本体４に固定す
るに際し、上記嵌合構造を用い、さらに接着剤を併用し
てもよく、あるいは接着剤のみを用いて蓋材５をケース
本体４に接着してもよい。

【００１８】リード端子６，７が、圧電振動板３を外部
と接続するために圧電振動板３に接合されている。すな
わち、リード端子６が圧電振動板３の金属板３ａに、リ
ード端子７が圧電セラミック板３ｂの下面の電極（図示
せず）に接合されている。リード端子６，７は、蓋材５
の貫通孔５ｂ，５ｃを通り、ケース２外に引き出されて
いる。リード端子６，７は、Ａｌ、Ｃｒなどの適宜の金
属材料により構成することができる。

【００１９】本実施例の圧電サウンダ１の特徴は、圧電
振動板３の共振周波数をｆｏとし、ケース２内の共鳴空
間２ａの共鳴周波数をｆｃａｖとしたときに、ｆｃａｖ
＜ｆｏ（式（１））とされていることにある。本実施例
の圧電サウンダ１では、上記周波数ｆｏ，ｆｃａｖが式
（１）を満たすように構成されているため、音圧ばらつ
きを低減することができる。これを、図２及び図３を参
照して説明する。

【００２０】なお、上記圧電振動板３の共振周波数ｆｏ
は、圧電振動板の固有の共振周波数、ケース本体４にお
ける段差部４ｄから蓋材５の上面までの距離Ａ（図１参
照）、蓋材５の上面と、蓋材５の環状支持部５ａの上端
との間の寸法Ｂを調整することにより決定することがで
きる。また、共鳴空間の共鳴周波数ｆｃａｖは、ケース
２の共鳴空間の容積Ｖ、すなわち圧電振動板３の上面と
天板部４ａとの間の空間の容積Ｖ、天板部４ａの厚み、
及び放音孔４ｃの径を調整することにより決定すること
ができる。

【００２１】本実施例の圧電サウンダ１では、上記式
（１）を満たすように周波数ｆｏ，ｆｃａｖが決定され
ている。この場合、駆動周波数をｆｃａｖに設定してお
く。本実施例では、圧電振動板３がケース本体４と蓋材
５とで挟持されているので、圧電振動板３の共振周波数
ｆｏは、支持の強さ、すなわち両者の嵌合応力に比例す
るため、ばらつきの原因となる。他方、ケース２におい
て構成される共鳴空間の共鳴周波数ｆｃａｖは、共鳴空
間の容積及び空気の音速により支配されるため安定であ
り、駆動周波数における音圧ばらつきは小さい。

【００２２】また、ケース本体４及び蓋材５が合成樹脂
により構成されているので、高温における応力の緩和及
びクリープ変形が生じると、圧電振動板３の共振周波数
ｆｏが低下することになる。

【００２３】本実施例では、ｆｃａｖ＜ｆｏであるた
め、高温下にさらされると、図２の実線から破線で示す
ように音圧−周波数特性が変化する。よって、駆動周波
数ｆｃａｖにおける音圧の低下が小さいことがわかる。

【００２４】これに対して、ｆｏ＜ｆｃａｖとした場合
には、高温にさらされると、音圧−周波数特性は図３に
実線で示す特性から破線で示す特性に変化する。従っ
て、音圧ピークの中間地点における音圧が低下し、かつ
駆動周波数ｆｃａｖにおける音圧が大きく低下すること
になる。

【００２５】よって、図２に示したように、ｆｃａｖ＜
ｆｏとすることにより、圧電振動板をケース本体４及び
蓋材５で挟持した支持構造を有している場合であって
も、音圧のばらつき、特に高温下における音圧の低下を
効果的に抑制し得ることがわかる。

【００２６】なお、圧電サウンダ１では、リード端子
５，６を蓋材５に設けられた貫通孔５ｂ，５ｃからケー
ス２外に引き出していたが、図４に示すように、圧電振
動板３に結合されるリード線８，９を用い、該リード線
８，９をケース本体４の筒状部に設けられた貫通孔４ｆ
からケース２外に引き出した構造としてもよい。

【００２７】次に、具体的な実験例につき説明する。駆
動周波数４ｋＨｚとなるように、かつｆｏ＝４．６ｋＨ
ｚ、ｆｃａｖ＝４．０ｋＨｚに設定した実施例の圧電サ
ウンダ１を用い、その音圧を測定した。結果を、標準偏
差と共に下記の表１に示す。また、この圧電サウンダを
８５℃の温度で２４時間維持した後、音圧及びその標準
偏差を測定した。結果を下記の表１に示す。

【００２８】また、駆動周波数４．０ｋＨｚとし、ｆｏ
＝４．０ｋＨｚ、ｆｃａｖ＝４．５ｋＨｚとした圧電サ
ウンダを同様に作製し、比較例として評価した。結果を
表１に示す。なお、下記の表１に示す結果は、それぞ
れ、試料数２０個についての平均値を示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】表１から明らかなように、ｆｏ＜ｆｃａｖ
とした比較例の圧電サウンダでは、初期の音圧の標準偏
差が１．５ｄＢと大きく、８５℃・２４時間の高温環境
の下に放置した後には、標準偏差が３．４ｄＢとさらに
大きく、平均値の変化値も−８．４ｄＢと大きかった。

【００３１】これに対して、実施例の圧電サウンダで
は、ｆｏ＞ｆｃａｖとされているためか、初期の音圧の
ばらつきが０．８ｄＢと小さく、高温環境試験後の音圧
のばらつきも１．４ｄＢと小さく、さらに試験による音
圧の変化値も−４．６ｄＢと小さかった。

【００３２】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、圧電振
動板の共振周波数ｆｏと、共鳴空間の共鳴周波数ｆｃａ
ｖとが、ｆｃａｖ＜ｆｏとなるように圧電振動板及びケ
ースが構成されているので、駆動周波数をｆｃａｖとし
た場合、高温下において音圧周波数特性が低周波数側に
シフトしたとしても、音圧の低下が生じ難く、かつ音圧
のばらつきも低減され得る。従って、高温下においても
音圧のばらつきの少ない安定な圧電型電気音響変換器を
提供することができる。

【００３３】また、請求項２に記載のように、圧電振動
板を蓋材の支持部とケース本体との間で挟持するように
構成した場合には、従来、挟持力のばらつきにより音圧
のばらつきが大きいという問題があったが、本発明で
は、ｆｃａｖ＜ｆｏの関係が満たされているため、挟持
力のばらつきに起因する音圧ばらつきを小さくし得る。

【００３４】請求項３に記載のように、ケース本体及び
蓋材を合成樹脂により構成した場合、ケースを安価に構
成することができ、従って音圧ばらつきの少ない圧電型
電気音響変換器であって、さらに安価な圧電型電気音響
変換器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本発明の一実
施例に係る圧電サウンダの平面図及び縦断面図。

【図２】本発明の一実施例に係る圧電サウンダにおける
音圧−周波数特性を示し、実線は初期状態を、破線は高
温試験後の特性を示す。

【図３】比較のために用意した圧電サウンダの音圧−周
波数特性を示し、実線は初期特性を、破線は高温試験後
の特性を示す。

【図４】本発明の圧電サウンダの変形例を示す縦断面
図。

【符号の説明】

１…圧電サウンダ ２…ケース ３…圧電振動板 ３ａ…金属板 ３ｂ…圧電セラミック板 ４…ケース本体 ４ａ…天板部 ４ｂ…筒状部 ４ｃ…放音孔 ４ｄ…段差部 ５…蓋材 ５ａ…環状支持部 ５ｂ，５ｃ…貫通孔 ６，７…リード端子 ８，９…リード線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山下 敏明 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケース内に圧電振動板を収納してなり、
   ケース内に圧電振動板の振動に伴って共鳴する共鳴空間
   が構成されている圧電型電気音響変換器において、 前記圧電振動板の共振周波数をｆｏとし、共鳴空間の共
   鳴周波数をｆｃａｖとしたときに、ｆｃａｖ＜ｆｏとな
   るように圧電振動板及びケースが構成されていることを
   特徴とする圧電型電気音響変換器。
2. 【請求項２】 前記ケースが、放音孔を有する天板部
   と、天板部に連なっており、天板部とは反対側端部が開
   口している筒状部とを有するケース本体と、前記ケース
   本体の開口を閉成するようにケース本体に取り付けら
   れ、かつケース本体側に突出した支持部を有する蓋材と
   を有し、 前記圧電振動板が、前記支持部とケース本体との間に挟
   持されて支持されていることを特徴とする、請求項１に
   記載の圧電型電気音響変換器。
3. 【請求項３】 前記ケース本体及び蓋材が合成樹脂によ
   り構成されている、請求項１または２に記載の圧電型電
   気音響変換器。