JPS59174096A

JPS59174096A - 圧電型トランスジユ−サ

Info

Publication number: JPS59174096A
Application number: JP4854083A
Authority: JP
Inventors: Kanenori Kishi; 岸　包典
Original assignee: KAITOU SEISAKUSHO KK
Current assignee: KAITOU SEISAKUSHO KK
Priority date: 1983-03-23
Filing date: 1983-03-23
Publication date: 1984-10-02

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、新規な圧電型トランスジューサに関するもの
である。

周知の圧電型トランスジューサは、ジルコン酸チタン酸
鉛、ロッシェル塩等の強圧型材料より成る２枚の圧電板
を互いに逆極性に積層接合し、いわゆるバイモルフを構
成した圧電板の両面電極に信号電圧±ｅｏを印加すると
き、第１図の如く圧電板の上層と下層には交互に収縮伸
長の応力を生じ、圧電板（１）は（２）全支点として点
線のように湾曲変形を行なうものである。そして、その
一端かもしくは中心（３）に振動板（４）を結合し、起
振力を与えて音響出力を得る如く構成されている。かか
る圧電型トランスジューサは、当然可逆性をもつので、
振動板（４）に音圧を作用し圧電板（１）を励振すれば
、電極間に起電力を誘起してマイクロホンとして動作す
る。ジルコン酸チタン酸鉛は、最大の圧電効果をもつ圧
電材料であるが、セラミックで脆く＠１１れ易いため、
薄い金属板に貼りつけ補強してバイモルフを作シ、振動
板を用いずに直接圧電板を作動する方法も検討されてい
る。

これらの圧電材料は、一般に硬質でヤング弾性率が太き
いため素子の湾曲変形量が小さく、また共振周波数が可
聴帯域の上限の約５．０ＯＯＨｚ付近に片寄っているの
で、可聴全域を満足する良質のトランスジューサを作シ
難い欠点がある。

近時、圧電性ポリマーと称し、弗化ビニリデン単体ある
いは弗素系ゴム等の高分子にジルコン酸チタン酸鉛等の
粉末を混練し、１軸延伸した複合体に強電界を与えて分
極し、圧電性を保有させた軟質圧電材料が開発されるに
至った。しかし・これらの材料は曲げや切断加工が答易
な反面圧電係数が若干小さいため、これに実用上満足さ
れる程度の変換感度全力えるには、素子の形状をＡ目当
大形にするなどして圧電板の面積を拡大する必要に迫ら
れている。

本発明は、これらの軟質圧電材料を用い、前記の欠点を
改良し、小型化に対応できるガ１規な圧電型トランスジ
ューサを提供しようとするものである。本発明に使用す
る圧電材料は、互いに異袷件の圧電性を有する２枚の軟
質フィルムを稍層し、貼り合わせたいわゆる・ぐイモル
フ構成のものを可とする。

本発明の基本形は、第２図に示すとおり、司拶件の大キ
いバイモルフ圧電フィルム（又はシート）を波状に複数
の波形を付して折り畳む（又は屈曲する）ことにより、
上下交互に凹溝（６）　、　（７）　ｋ形成し、圧電、
素子（５）としたものである。今、その電極（フィルム
膜面に金属導電面を被着したもの）に信号電圧士ｅｏｋ
印加するとき、上層フィルム（８）が収縮し下層のフィ
ルム（９）が延伸するものとすれば、圧電素子（５）の
各部には矢印の方向の内部応力が発生し、上面の凹溝（
６）は狭窄し、下面の凹溝（７）は拡張する。その結果
、上面側（６）の空勿は圧電され正圧上Ｐｏを排出し、
逆に下面９Ａｌｌ（７）でけ負圧干ＰＯが吸入され、こ
こに呼吸ないし吸排作用が行なわれる。

かかる圧電素子を第３図（切欠図）の如く外枠００に収
容して振動板α℃を構成し、その電極面に信号電圧上ｅ
Ｏを印加すると、両面にそれぞれ正圧上ＰＯおよび狛圧
手Ｐｏが発生し、音響出力ＰＯをもつ圧電型トランスジ
ューサができ上がる。この場合の音波の放射特性を考察
するに、変換帯域の上限周波数は波形凹溝の深さｄによ
り決定され、斌４図は特性図）の如くｄにλ／４〔λ＝
Ｃ／ｆ、　　λは音波長い）。

Ｃは音波の伝播速度（ｍ／Ｓ）］にて定するｆｍに多大
出力のピークを生じ、λ／２のｆ。Ｋ　Ｉｆｆ、力零の
ディツノ現象が生じる（例えば、ａ＝６ｍｍのときけ、
λ＝　２．４　ｃｍすなわち、ｆｍ−Ｃ／λ二３３４．
０（１／２．４キ１４ｋＨ２ｊｃ−２８ｋＨｚとなる。

）。

一方、低音域では、波状圧電素子（５）の変形振動の共
振点がｆｏとなる。このｆｏば、フィルムの弾性率と厚
さ、波形凹溝の深さｄ１固定枠との支持方法などで宇ま
シ、通常ｆｏに４００〜６００Ｈｚである。

このようにして、第３図のトランスジューサが自由空間
内に放射するスピーカとしての放射特性は、第４図のｆ
ｏ〜、ｆ　間に平坦域を有するものになる。

捷た、イヤホン、ヘッドホン等耳腔内の密閉小容積（２
〜６ｃｍ３）内に放射する場合は、ｆｏは殆ど影響せず
、点線の如＜　３０Ｈｚ〜２０ｋＨｚ間を平坦域とする
優秀な性能を期待することができる。しかしなから、第
３図の角形基本形は、スピーカとしては適尚であるが、
イヤホン、ヘッドホン等の如く耳腔に挿入し又は耳介に
密着して使用するものに対しては、適応性が悪く好まし
くない。

第５図は、本発明の変形例を示す斜視図である。

本例では、上下左右の全側面を囲む面枠ａりに波状圧電
素子（５）を挿入し、波形凹溝の前後両端に櫛形の弾性
材を結句して前面の波形上半部を（１３ａ　）で、後面
の下半部を（１３ｂ）によシそれぞれ閉塞し、前後面に
複数の音響開孔（１４ａ）　、　（１４ｂ）を構成する
。

こうして、波状圧電フィルム（５）の変形振動による音
響出力は前面に十Ｐａが、後面に干Ｐ。が放射され、呼
吸作用を営む圧電トランスジューサができ上がる。この
場合の上限周波数ｆを決める定数は、面枠０りの奥行り
である。

次に、別の変形例を第６図に示す。本例では、外函（１
→の後面を閉ぢ、上面には波形に対応する複数開口（１
４′ｂ　）を設け、音響出力を前面開口（１４ａ　）と
上面開口（］　４′ｂ　）から放射する。更に、第７図
は、波状フィルム（５）を円形に湾曲変形して菊花形圧
電素子（１Ｇを形成したものを示す。本例は、１枚のバ
イモルフシートを金型を用いて菊花形に屈曲し、外部開
口を形成するために菊花形凹溝ＱＦ！Ｊの両端に菊花形
の間座（１７ａ）　、　（１７ｂ）を嵌入接着したもの
である。間座（１７ａ）　、　’（１７ｂ）は、いわゆ
る独立気泡をもつ不通気性の軟質ポリウレタン発泡材を
可とし、開口形成と形状保持を兼ねている。菊花形圧電
素子α匂の前部開口は例えば８個の花弁形をしておシ、
側部開口は同じく８個の凹溝０匂で示される。間座（１
７ｂ）の後に円形発泡板ＣＯを重ね、後部開孔を閉塞す
る。図示の菊花形圧電素子ＯＱば、便宜上８個の花弁数
を示したが、その花弁数は主として素子の形状寸法を基
にして設定する。

このように構成した圧電素子０→は、最終的に第８図、
卯、９図、第１０図に示すようなプラスチック射出成型
を用とする蓋付き円筒ケースに収容する。

第８図のケースｆ２力は、圧電素子Ｏ→の凹溝０つに対
応する数の側孔（イ）があり、それらを一致させて圧電
素子ＯＱに嵌入し、電極引出線を後部端子板（イ）に導
出する。前蓋（財）には素子ＯＱの前部開口すなわち菊
花形凹溝０植に一致させた開孔（ハ）があり、素子αｅ
を挿入後前蓋（財）を施し、一体化したトランスジユー
ザを構成する。とうして、端子板（イ）へ係号福圧士ｅ
Ｏを印加すれげ、菊花形圧電素子ＱＯが振動し、凹溝Ｑ
ａ　、　０俤の内部容積が拡張・収縮して前蓋開孔（至
）に士Ｐｏを、捷だ、８面開孔（イ）には逆位相の＋Ｐ
ｏを放出し、ここに丸フ杉の圧電型トランスジューサが
実現する。次に、ケ、９図は、素子ＱＱの後部間座（１
，７ｂ）に小開孔（図示せず）を設け、ケースの開孔（
財）に一致させて嵌入するもので、前の例と同様の効果
が得られる。なお、（ハ）については後で述べる。また
、第１０図に示すようにケース（ロ）の外周に側壁（イ
）を巡（めぐ）らし、後面開口（イ）で呼吸するように
構成してもよい。第８〜第１０図に示した構成は、特に
外径２（ｌｎｍ以下の小径のものに好適であって、フラ
ンジ部分（ト）に通気性処理を施した発泡ウレタンの柔
軟な耳鳴て（ハ）を被着し、躯１０図に示す如く耳介部
に圧着し、軽量、高感度のヘッドホン々いしイヤホンと
して鼓訣に伊号音を伝達するのに適当である。次に第１
１図は、同芯２層構成のスピーカユニットを示す。これ
は、第５図と第７図を組合わせたようなもので、前後に
画形間座を設は両面放射を行なわせる。（１２ａ）　、
　（１２ｂ）は現状枠を示す。こうすると、振動有効面
積が拡大され放射効率を高める効果がある。また、外側
を中音用スピーカ、内側を高音用ツイータとし、各各に
、周波数分割回路網を接続して占用帯域の信号を供給す
れば効果的である。また、第１２１Ｍ１（水平斜視図）
の如く適合したホーン０１）の喉に上述したような菊花
形圧電草子を結合すれば、変換効率を高め、出力の増大
を計ることができる。

以上のように、本発明の圧電型トランスシューサバ、圧
電、バイモルフフィルム（又はシート）ヲ波形、菊花形
等に屈曲して構成したので、振動板の放射面積が従来の
単板のものに比較して３〜４倍に拡大され、且つ、複数
の凹溝にょる吸排効果により空気、負荷を増大する効果
があるため、小型で変換効率のよいトランスジューサラ
構成することができる。また、磁気回路や可動コイルを
含まないために軒預で、製造が比較的容易であシ、安価
に供給できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示す略図、第２図は本発明の基本形原
理を示す斜視図、第３図は本発明の基本形を示す切欠斜
視図、第４図は第３図のものの特性曲線図、第５図は本
発明の第１変形例を示す斜初１図、枦６図は本発明の第
２変形例を示す斜視図、第７図は本発明の第３変形例の
要部を示す斜視図、第８〜第１０図は第３変形例の使用
態様を示す図、第１１図は本発明の第４変形例を示す余
１視図、第１２図は本発明の使用例を示す水平斜祁１図
である。（５）・・・波状に屈曲された圧電性バイモルフシート
、（６）　、　（７）　、θ・、（１つ・・・凹溝、士
ｅ、・・・信号電圧、Ｐｏ・・・音響出力。一ゞ）

Claims

【特許請求の範囲】

圧電性バイモルフシートをＸ軸（延伸軸）方向に波状に
屈曲することによシ、上記バイモルフシートの両面に複
数でほぼ同数の凹溝が形成された圧電素子を作シ、この
圧電素子の電極間に信号電圧を印加して上記凹溝に含ま
れる容積に狭窄および拡張変形を与え、上記凹溝よシ音
響出力を放射するように構成した圧電型トランスジュー
サ。