JPS5816294A - 圧電ブザー付電子機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は腕時計用ブザーに関し、特に圧電形ブザーを用
いて良好なアラーム音を発せしめる方式腕時計のアラー
ム機能は有用方機能として受は入れられている。かかる
発音体に要求される性能は、スペースをとらず、高能率
かつローコストであることである。かかる点から、腕時
計ケースの一部、すなわち、ガラス、あるいは裏蓋に直
接圧電素子を貼り付けて１発音する仕組みが一般的に用
いられている。しかじな充ら時計ケースを発音体と１．
で用いると、本来時計ケースは、一つの時計モジュール
に対し、様々な大きさや、デザインバラエティを満足さ
せるべく１多数の種類−／＋ｆ用いられるものである。

従って１発音効率の良いガラスの共振点あるいけ裏ブタ
の共振点は種々変化しｒｔ、ｔい音圧レベルの低いケー
スが生じてしまう恐れがある。才た。かかるケースを用
いた発音体は音質が、不快であるという欠点があった。

不快である理由の１つに、ケース自体の共振点が、裏蓋
にしろ、ガラスにしろ、高く、従って、音の周波数成分
が高いという理由の他に、振動体はその共振点においで
Ｑ値が高く、自由振動の周波数と、駆動信号の周波数が
異なり、両者の周波数比が単純でないため不協和音とな
ったシあるいけ、アラーム音を方形波的に断続する回路
では。

立上りと、立下りにおいて、急激々周波数ハ変化から衝
撃音を感じる等のためである。

第１図に従来の圧電ブザーの回路例であり１図におい″
′ｒ１スイッチングトランジスタ３のコ１／クタ側には
圧電素子１と昇圧コイル２が並列に接続サレでいる。ト
ランジスタ６のペース４にアラーム信号を入力すると、
トランジスタ６のＯＮ・ＯＦＦによシ、昇圧用コイルに
電流をＯＮ・ＯＦＦし、圧電素子１に、昇圧電圧が加え
られるものである。

たとえば、ペース４に第２図（ａ）に示すような矩形波
の信号を入力すると、圧電素子１０両端に印加される電
圧波形は同図（ｂ）のようになる。

コイルのインダクタンスＬと、圧電素子の容量Ｃで決る
時定数による。共振特性を呈した電圧波形が圧電素子に
印加される。すなわち古電素子を駆動する電気信号の周
波数成分は、ペース４に入力される入力信号の周波数を
２０４８Ｈｚとすると、２０４８Ｈｚを見本とし、その
整数倍の高調波を有するが、高調波の成分は、ＬＯＱ値
によって大きく左右される。

一般にコイル集子は、その製法上からも変動の大きいも
り）であり、又、圧電素子も温度による変什や種々形状
のケースに対処するためは形状を用いる必要があシ靜電
容量は均一にできない。したがってＬＯの共振点を均一
にかるよう配慮することはコストアップを伴うことにな
る。

ケースの多様性、す々わち発音体の音圧−周波数特性の
多様性に対処するには、第１図の回路形式では、発音体
自体の特性の変化と相まって、駆動信号の周波数成分の
変動が重畳され音圧レベルの変動は極めて大きなものと
なってしまう。

本発明は１以上のような不具合を解決する目的で提案し
たものであり、そのねらいは、モジュールの一部である
電子回路部において好ましい電気信号を用意し、多様性
を要求さる。時計ケース。

すなわち発音体に対しても、充分音圧レベルを確保でき
るよう配慮することである。

　５− 以下本発明についで１図面に従って構成、動作を説明す
る。

本発明の内容は、アラーム信号を合成する回路駆動回路
、及びケースに定着した圧電発音体で構成される。

第５図は圧電発音体の構造を示したものでありａは、比
較的薄型でドレ゛スタイブの裏蓋に圧電素子を固着した
例、ｂは比較的厚い防水タイプの裏蓋に圧電素子を固着
した例ｈＱｆ″ｉｈ時計ガラスに圧電素子を固着した例
である。図においてそれぞれ、１は圧電素子ｈ　　ｓ’
ｒｉ時計ガラス、６は胴、７は裏蓋、８は時計モジュー
ルである。時計モジュール８には電子回路が組まれてお
９圧電素子１はモジュールからの電気信号を受けて振動
する。

第４図は、第６図に示す構造の発音体の音圧・周波数特
性を示す。ａ、ｂ、ｃはそれぞれ第３図の構造と対応す
る。時計の構造には種々のものが用いられているが、大
雑把に代表的な構造は第３図の通りであり、その特性は
第４図の通りとなる。

第４図から明らかなように、裏蓋、及びガラスの　６− 叫性けその共振点が４　ＫＨｚ〜１０　ＫＨｚ程度の間
に、存在シフ、共振点付近で音圧のピークとカリ。

それより高い周波数では慣性制御領謔となって。

比較的平坦な特性を程する。共振周波数は２裏蓋あるい
けガラスの１面積、厚み、形状、材質及び支持部の構造
により、変動するものである。第６図ａのドレスタイプ
のウォッチでは１通常、非防水ケースとなり、裏蓋厚み
は薄く、桐６の間に介在させるパツキンの押圧力も小さ
い傾向にある。

従って第４図の如く、共振点は低く、その共振膚におけ
るＱ値も低い傾向にある。第３図すは防水形のケースで
あり、裏蓋厚みは厚いため共振点は高く、父、円形形状
が多く、ｌ１ｌｉＩ６との間のパツキン押圧力も高いた
め、共振廃におけるＱ値は高い傾向にある。第３図Ｃは
ガラス振動形であるが、一般にガラスはその脆さから、
耐衝撃性を確保するため裏ブタ厚みの２倍以上の厚みを
用いている。

従って、裏蓋体より共振点は高い。

裏蓋体、ガラス、及び圧電振動子の寸法、特性を代表的
に示すと次のようになる。

上表のように圧電素子の厚みは裏蓋中ガラスの厚みに較
べて輩い、従って圧Ｎ素子の機械インピーダンスより、
裏蓋、ガラスの轡械インピーダンスは高い値となり、振
動系のインピーダンスはほんど裏蓋体、あるいは時計ガ
ラスのり性により決まってしまう。

一方裏蓋、あるいけガラスを振動させる駆動のパワーは
圧電素子によって生じるものであり、この圧電素子に生
じる機械的パワーは、供給した電気エネルギーに比例す
る。言い換えると圧電素子の大きさ、形状が変動しても
、圧電素子に加わる電気的エネルギーが一定りらば、裏
伯、ガラスに伝わる駆動力も一定である。

従って、圧電素子加わる電気エネルギーが一定となる回
路で駆動すれば、ＥＦ圧電素子静電容量がいくらの値で
あろうと、一定レベルの機械エネルギーを供給でき、一
定の音圧を得ることができる。

第４図は１本発明を用い２時計モジュール内に設けた１
回路図である。第４図において、９は。

時間標準となる信号を発生する発振回路であり。

３２７６８Ｈｚで発振している。該発振回路９の出力は
時計回路１０に入力され、該回路において時刻のカウン
ト、表示、アラーム機能、ストップウォッチ等の動作を
行う。１１はアラーム信号合成回路であり、該回路には
前記発振回路１０の出力が入力され、３２７６８Ｈｚの
信号を１２分の１、及び１５分の１に分周する分周回路
、パルスのデユティ比を可変する回路、及びこれら周波
数がデユティ比を時間的に変化させたり、アラームの鳴
り時間等を制御する回路から成り立っている。

該アラーム信号合成回路１１の出力はスイッチングトラ
ンジスタ５のペースに入力され、該スイッチングトラン
ジスタ３のエミッタｆ′ｉ、を源のマイ　９　− ナス端子に、コレクタはダイオード１２．昇ＥＥコイル
２を介して電源のプラグ端子（アース）に接続されると
ともに圧電素子１を介して電源のプラス端子に接続され
る。該トランジスタ３１昇圧コイル２．圧電素子１．ダ
イオード１２により、昇圧駆動回路を構成してい、る。

以上のように構成される回路の動作を第５図。

第６図、第７図に従って説明する。まず第５図に従って
昇圧駆動回路について述べる。

トランジスタ３０ペースに、第５図（ａ）に示す。

２１８４Ｈ２（＝３２７６８／１５Ｈ２）、デユーティ
比Ｈの信号を入力したとき、圧電素子１の両端に発生す
る電圧は第５図（ｂ）のようになる。

トランジスタ３がＯＮしている期間は昇圧コイル２に電
流が流れ、ＯＮ期間をｔｌとすると、Ｒれる電流のピー
ク値ｉｐは次の式によって表わせる。

上式において、ＷＦｉ電源電圧、Ｌ、Ｒはそれぞ−１０
− れ昇圧コイルのインダクタンスと抵抗値である。

トランジスタ５がＯＦ’Ｆする瞬間には昇圧コイル２に
（ｌ″ｉ、　−Ｌｉｐｆ　（７）磁気エネルギーが蓄積
されでいることになる。トランジスタ３が０ＦＦＬ、で
いる期間において、この磁気エネルギーは、圧電素子１
の静電容量ＣとＬの時定数で静電エネルギーに移行し。

１ −Ｌ１ｐ”キーＯＵＩ　　　・・・・・・（２）２ の関係をほぼ満たすような電圧Ｖが圧電素子１に発生す
る。トランジスタ３’／”１ＯＦＦ期間においてｉ−ｔ
、圧′解素子１に発生した電圧はダイオード１２により
逆流を阻止されでいるため低下しない。

従って、第５図（ａ）の入力信号により、同図（ｂ）の
出力信号が得られる。同様に同図（ｃ）　？入力すると
、同図（ｄ）の出力が得られる。この場合、入力信号の
デユティ比が小さいため、トランジスタ５のＯＮ期間が
短かく、従って昇圧コイル２に流れる電流のピーク値も
少なくなり、出力電圧は低くなる。

出力信号の波形は、入力信号を反転させた形となるが、
ｔｌぼ相似形の矩形波出力がＥ　可紫子１１ｒ（印加さ
れる。

第６図は、アラーム信号合成回路１１による出力信号の
模式図である。本例により比較的澄んだ音のキャイム音
を発することができる。第６図におイテ、前半（７）　
０．２５秒Ｕ、　　３２７８８　／　１２　Ｈ２（−２
７３１Ｈ２）の信号であり、デユティ比が図示のように
順次小さくなる。後半の０７５秒は５２７６８／１２Ｈ
ｚ（＝２１８４Ｈｚ）の信号でありデユーティ比は図示
のように変化する。アう−ムの鳴り時間内においてとの
縁返しを行う。

デユーティ比の変化は％から始り見９％・・と順次小さ
く々る。このように信号が変化することにより圧電素子
１に印加される電圧は変化する。その様子は第７図に示
す通りである。第７図において横軸はデユーティ比、縦
軸は各周波数成分ごとの電圧である。（Ａ）は基本周波
数２７３１Ｈｚの場合（Ｅ）は基本周波数２１８４Ｈ２
の場合である。これらの図においてｈ　　ａｔｊ基本波
成分の電圧、ｂは第２高調波成分、Ｃは第６高調波成分
、ｄは第４高調波成分の電圧を示す。本図は、昇圧コイ
ル２のインダクタンスＬ　＝　２５　ｍＨ、抵抗値Ｒ＝
　６００゜圧電素子１の静電容量Ｃ＝　１０　ｎＦ　、
電源電圧Ｅ＝　１．５　Ｖの場合の実測値を示しである
。

圧電素子１に出力される電圧は全くの矩形波ではないた
め、理論式通りの周波数成分とけならないが、基本波成
分は、デユーティ比の減少につれて単調に減少し、第６
高調波成分はデユーティ比Ｈにおいて最大、第２高調波
成分、及び第４高調波成分は、デユーティ比猶において
ほぼ最大となっている。特に着目すべき点は、２７３１
Ｈｚ（ｉ”）第２高調波、第３高調波、及び２１８４Ｈ
２の第２高調波、第３高調波の成分は、その最大値の値
がほぼ同じ値であることである。すなわち。

４３６９Ｈ２，５４６１Ｈ２，６５５４Ｈｚ。

８１９２Ｈ２，の成分はデユーティ比を選択することに
より同一の出力電圧を有する。

ゆに−に第６図の如くのデユーティ比の変化する信号を
用いると１発音体の特性が様々であった場合にも、音圧
レベルは低下することはない。第４−１３− 図に示したように発音体の共振点が大幅に変動しても、
その節回が４　ＫＨｚから９　ＫＨｚ程度であればほぼ
一様な音圧を得ることが可能である。

第８図は水利によるチャイム音の音圧を示したものであ
る。第７図に示したアラーム音信号を。

用い、第４図に示した特性を有する発音体を駆動した場
合の音圧の時間的変化を示している。（Ａ）は第４図ａ
の裏蓋を駆動した時の特性であり、共振点が４５６９Ｈ
７Ｋ近いため、アラーム音の信号が２１８４Ｈｚ、デユ
ティ北極のときに音圧最大となっている。以下同様に、
第９図（Ｂ）は第４図す。

第９図（０）は、第４図Ｃと対応し、それぞれの共振点
に近い駆動信号の周波数成分で音圧レベルは高く得られ
る。

本発明は以上のように構成され動作する。・、その利点
を整理すると １、　同一のモジュールで裏蓋の特性が多種用いられて
も音圧レベルは低下しない。

２、　圧電素子の形状の大小にも音圧レベルの変化は小
さい。

＝　１４− ３　基本周波数を２種類用いるためその高調波成分がほ
ぼ均等の周波数間隔とできる。

４　基本周波数の周波数比が５：４であり、音圧減衰型
のエンベーブの付いたチャイムとなり快いアラーム音と
なる。

すなわち２本発明によれば、同一の電子回路から。

多種の共振特性を有する発音体を駆動できる。釉に裏蓋
、あるいは時計ガラスを発音体として用いる腕時計用の
発音システムとしてｒｉ、デザインバラエティを増すこ
とができ１Ｍ水型、ドレイン型等の外装構造にも同一モ
ジュールで対処できる。

又、駆動回路から圧電素子に伝達されるエネルギーが一
定のため、外装構造のバラエティに対処すべく圧電素子
の大きさにも自由度が増す。つまり小さな圧電素子とな
って駆動力が低下しても静電容量も減少するため、１１
ペ一ジ式（２）の関係より電圧は上り音圧を上げる方向
に働き補償するためである。

駆動信号の基本波を２１８４Ｈ２，２７５１Ｈ７の２種
類に選定しそのデユーティ比を時間的に変什させるので
その高調波成分を橡数個均−に得ることかで＾、チャイ
ム音が得られるとともに音圧レベルも補償できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の腕時計用圧電ブザーの回路であり、第２
図（ａ）　、　（ｂ）はその入力信号と出力電圧波形を
示す。 第３図（ａ）　、　（ｂ）　、　（０）は本発明に用い
る腕時計用圧電、ブザーの構造を示し、第４図けその特
性を示す。 第５図は本発明に用いる電子回路図であり、第６図（ａ
）　、　（ｂ）、　（ｃ）　、　（ｄ）はその動作を説
明するだめの入力信号、出力電圧波形である。第７図は
本発明による入力信号の模式図である。第８図（Ａ）　
、　（Ｂ）　ｕ第７図に示す入力信号を用いた時の出力
電圧の周波数成分を示す図である。第９図（Ａ）　、　
（Ｂ）　ｅ　（ｃ）はその場合の出力音圧波形を示す。 １・・・圧電素子 ２・・・昇圧コイル ３・・・トランジスタ ５・・・時Ｂ１ガラス ６・・・馴 ７・・・裏蓋 ８・・・時言１モジュール 以上 代理人　最　上　　　務 −１７− 第１　図 鳥２陥（α） 第２０（１）） ′／！０４８Ｓ 第３０（α） 第Ｂ［２（ｂ） 第３　い　（Ｃ） 東４０ 毘５　図 第６０（α）　　　　　　　　第６囚（Ｃ）第６０（ｉ
））　　　　　　　　　第６因（ｃＬ）第　７　国 第８　囚　（Ａ’） 第８因（巳）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）腕時計モジュ、−ル、該時計モジュールを収納す
   る時計ケース、該ケースの一部に直接定着をれた圧電素
   子、該時計モジュール内に設けた田電素子駆動のための
   電子回路とで少くとも構成され。 該電子回路によって％周波数比が４＝５で時間的に変化
   し、でらにそれぞれの周波数においてデユーティ比が時
   間的に変化する矩形波状の信号を圧電素子に印加する腕
   時計用圧電ブザー。 （２、特許請求の範囲第（１）項記載の腕時計用圧電ブ
   ザーにおいて、圧電素子は時計ガラス、又は裏蓋に直接
   定着されでいる腕時計用圧電ブザー。 （３）特許請求の範囲第（１）項記載の腕時計用圧電ブ
   ザーにおいて、電子回路は、アラーム信号合成回路及び
   、駆動回路とで構成され、アラーム信号合成回路は、論
   理回路で構成され、及びデユティ比が変化する矩形波信
   号を出カシ３．該出力信号を入力とする駆動回路ｆ′ｉ
   、　スイッチングトランジスタ、昇圧コイル、ダイオー
   ドを少くとも有し笛４図に示す如く接続され、圧電素子
   には矩形波状の昇圧電圧が印加される腕時計用圧電ブザ
   ー。 （４）特許請求の範囲第（１）項及び第（２）項記載の
   腕時計用圧電ブザーにおいそ、前記電子回路による出力
   信号の周波数は、３２７６８／１５Ｈｚと３２７６８７
   １２Ｈｚである腕時計用圧電ブザー。 （５）特許請求の範囲第（１）項記載の腕時計用圧電ブ
   ザーにおいて、前記電子回路による出力信号の時間的な
   変化は、所定の時間内において繰り返えされ、該繰り返
   しの期間内、かつ、同一の周波数内において、デユティ
   比が単調に減少し、チャイム音を発する腕時計用電子ブ
   ザー。