JPS5983498A - 電気−音響変換装置 - 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、例えばスピーカやマイクロフォンなどの電気
−音響変換装置に関するものである。

近年、電池駆動の時計、計算機、ラジオ、テープレコー
ダなどのエレクトロニック・マイクロ・デバイスなどで
は、ディスプレイと発音体または（および）マイクロフ
ォンを併設する傾向にある。

この場合、ディスプレイは液晶表示素子の出現で小型化
、薄型化、省電力化が可能となったが、発音体やマイク
ロフォンについては小型化、薄型化、省電力化などを十
分に満足するものがなかった。

このような要求に応えるものとして、両面に電極を有す
る圧電性薄板を剛性の枠内に圧入して、その圧電性薄板
のわん曲状態を枠で保持した圧電セラミックトランスジ
ユーザが提案されている。

このトランスジューサでは、例えば電極に′直圧を印加
すれば、わん曲状態にある圧電性薄板が伸縮する。この
とき剛性の枠によって圧電性薄板の周辺部が寸法変化し
ないように固定されているため、圧電性薄板に屈曲運動
が生じる。このように圧電。

性薄板の垂直な方向に振動が生じ、圧電性薄板自体が発
音体となってスピーカを構成する。

ところでこのようにセラミック製の圧電１性薄板をわん
曲した状態でそれの周辺部を剛性の枠体で保持した構造
のスピーカは、振動系のＱが＾く、鋭い共振特性を示し
、周波数応答性の変１１ｂが大きいという欠点がある。

しかもそれ自体発音体と７よるセラミック製の圧電性薄
板は硬いので、わん曲モードでの共振周波数が１０００
ヘルツ以上の高周波となるので、低周波領域での応答性
が極めて悪い。

本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、
低周波領域での応答性も良好で、全体として平担な周波
数特性を有する電気−音響変換装置を提供するにある。

この目的を達成するため、本発明は、面に対してほぼ垂
直方向に振動可能な振動部を有する例えば合成樹脂など
からなる可撓性の振動薄板と、その振動薄板の振動部の
ほぼ中央に開口が設けられて、外周部がその開口周辺部
に連結され両面にそれぞれ電極を有するほぼ平板状の例
えばセラミックからなる圧電性薄板と、前記振動薄板の
外周部を支持する支持部材とを備えていることを特徴と
するものである。

次に本発明の実施例を図とともに説明する。第１図ない
し第３図は本発明の第１実施例を示す図で、第１図およ
び第２図はスピーカの正面図および切断側面図、第３図
はそのスピーカをスピーカボックスに取り伺げた状態を
示す斜視図である。

直径が１５０調で厚さが０．５１１１１１１のｙＪｅリ
カー７Ｊ？ネートからなる可撓性を有する振動薄板１を
準備し、それの中央に直径３８咽の穴２を穿設する。こ
の振動薄板１をプレス加工により曲率半径が５００瓢の
球面状にわん曲させ、これを外径１５０論、内径１３０
關、厚さ７調の金属材質からなるリング状の硬質支持枠
３に接着固定し、振動薄板１のわん曲状態を保持する。

これより別に直径４０清で厚さが０．１　ｒｅのｐｂ（
Ｚｒ−Ｔｉ　）　Ｏｓ系セラミックからなる圧電性薄板
４の両面の主要部に薄膜状の銀電極５，６をそれぞれ印
刷・焼成によって形成し、鋼重１極５，６にリード線７
，８をそれぞれ半田付けして分極処理を行なう。この圧
電性薄板４を前記振動薄板１の穴２上にほぼ同心円状に
市ね、圧電性薄板４の外周部と穴２の開口周辺部とを工
Ｊ？キシ系コト〃［剤で接着することにより、圧電性薄
板４は撮動薄板１のほぼ中央に連結される。

このようにして形成された薄形スピーカ９を第３図に示
すように、高さ３３０＋ｍｎ、幅２２０喘、奥行き１５
０ｍの大きさの木製スピーカボックス１０に収’７１　
シ、スピーカ９の前記リード線７，８をスピーカ用プラ
グ付同軸ケーブル１１に接続した。このケーブル１１の
プラグは、カセット式テープレコーダの出力端子用ジャ
ックに差し込まれる。

この実施例に係るスピーカでは、電極５，６に音響信号
が印加されると、それに応じて平板状の圧電性薄板４は
それの径方向、すなわち面と平行な方向に伸縮する。一
方、可撓性を有する振動薄板１は、外周部が支持枠３に
よって固定されており、はぼ中央に穴２を有し、その穴
２の開口周辺に前記圧電性薄板４の外周部が連結されて
いる。

そのため圧電性薄板４が伸びたとき、振動薄板１のわん
曲状態が大きくなり、それの曲率半径は小さくなる。一
方、圧電性薄板４が逆に縮んだとき、振動薄板１のわん
曲状態が小さくなり、それの曲率半径は大きくなる。こ
のように電極５，６に印加される電気信号に応じて圧電
性薄板４が伸縮を繰り返すと、それによって振動薄板１
がわん曲運動を起こし、わん曲面に対してほぼ垂直な方
向に微妙に振動して発音する。

従って圧電性薄板４は振動薄板１を振動するためのいわ
ば振動駆動部であり、それ自体ではわん曲運動を起こし
て発音することはない。一方、振動薄板１は圧電性薄板
４の伸縮運動を受けて面に対しほぼ垂直な方向に振動し
、専ら発音体として機能するものである。

この実施例に係るスピーカの周波数特性をスペクトルア
ナライザーで測定し、周波数が５０ヘルツから２０キロ
ヘルツまでのものを第４図にＩＩＩＩ　１ｌｉｌＡで示
した。なお、図中の曲線Ｂは、セラミック製の圧電性薄
板をわん曲した状態でそれの周辺Ｉｌｌを剛性の枠体で
固定し、圧電性薄板自体が振動して発音体となる従来提
案された圧電セラミックトランスジューサの周波数特性
曲線である。この曲線Ｂから明らかなように、従来提案
された圧゛醒セラミックトランスジューサの場合には１
．５キロヘルツの付近で基本モードの共振があって、そ
れに続く反共振で２キロヘルツの付近に深い谷があり、
第２．第３の共振の山と谷とが続いており、周波数（音
響出力）の変動が大きい。また、５００ヘルツ以下では
ほとんど出力がなく、低周波領域での応答性が悪い。

一方、これに比べて本発明の実施例に係るスピーカは曲
線Ａで示されるように、低周波領域から高周波領域まで
の広範囲にわたって良好な応答性を有し、しかも周波数
（音響出力）変動が比較的少なく滑らかな周波数応答性
を示している。

第５図および第６図は、本発明の第２実施例を説明する
ための図である。

一辺の長さが１８０謹で厚さが０．５　ｔｈａｎの正方
形のハイインノＲクト７］？リスチレンからなる可撓性
を有する振動薄板１を準備し、それの中央に直径３８隔
の穴２を穿設する。この穴２と同心円をなす直径１５０
瓢の円の外側は平面のまま保ち、その円の内側をプレス
加工により曲率半径５００聴のわん曲状に変形させる。

直径が４０ｍｍで厚さが０．１　ｔｒａｎのｐｂ（Ｚｒ
　Ｔｌ）０３系セラミツクからなる平板状第１圧電性薄
板４ａの両生面に薄膜状の銀電極５，６をそれぞれ印刷
・焼成によって形成し、さらに電極５，６にリード線７
．８をそれぞれ半田付けして分極処理を行なう。この第
１圧電性薄板４ｍと同じもので銀Ｔｉｔ　：ＩｉＱ＜５
．６を形成したのち、プレス加工により曲率半径２００
■のわん曲状に変形して第２圧電性薄板４ｂとし、電極
５，６にリード線７．８を接続して分極処理を行なう。

平板状の第１圧電性薄板４ａを前記振動薄板１の穴２上
にほぼ同心円状に重ね、第１圧電性薄板の外周部と穴２
の開口周辺部とをエポキシ系接着剤で接着することによ
り、第１圧電性薄板４ａが振動薄板１のほぼ中央に連結
される。次にわん曲状の第２圧電性薄板４ｂの凹面側が
第１圧電性薄板４ａの逆極性側の面と対向するように、
第２圧電性薄板４ｂを第１圧電性薄板４ａ上に重ね合せ
、測圧電性薄板４ｍ、４ｂの外周部どうしをエポキシ系
接着剤で連結する。なおこのとき第６図に示すように、
第２圧電性薄板４ｂの凸面が振動薄板１の凹面側に向う
ように配置する必要がある。従つて両方の圧電性薄板４
ａ、４ｂともに予めそれぞれの極性を確認しておき、例
えば第１圧電性薄板４ａの正極性面が振動板１の凹面側
になるように配置して、第１圧電性薄板４＆を振動薄板
１に取り付ける。−万、第２圧電性薄板４ｂは正極性面
がそれの凸面側になるようにわん曲させ、凹面側すなわ
ち負極性面を第１圧電性薄板４ａの正極性面と対向させ
て両者を連結させ、測圧電性薄板４ａ。

４ｂの向かい合った内側の面の分極極性が互に逆になっ
ている。

なお、振動薄板１の周辺部は、合成樹脂からなる四角形
の段付き硬質支持枠３に接着固定されている。このよう
にして構成されたスピーカ９は図示していないが前記実
施例と同様にスピーカがツクスに収容され、スピーカ９
のリード線７．８はスピーカ用プラグ付同軸ケーブルに
接続さレル。

この実施例に係るスピーカでは、第１圧電性薄板４ａの
電極５，６ならびに第２圧電性薄板４ｂの電極５，６に
それぞれ同時に音響信号が印加される。平板状の第１圧
電性薄板４ａでは電圧の印加によりそれが径方向、すな
わち面と平行な方向に伸縮し、それにともない振動薄板
１の特にわん曲部分が面と垂直な方向に微妙に振動して
、振動薄板１が発音体となる。

一方、第１圧電性薄板４ａと第２圧電性薄板４ｂとは互
に対向する面が逆極性になるように配置されている。従
って第１圧電性薄板４ａの而が縮みその径が縮少しよう
とするとき、第２１’Ｅ　事件薄板４ｂの面は反対に延
びて放射状に拡がり、曲率半径が小さくなるように作用
する。ところでこの測圧電性薄板４ａ、４ｂはそれらの
外周部が連結されているため、その連結部を介して第１
圧市１性薄板４ａの伸縮力が第２圧電性薄板４ｂに作用
する。従って前述の場合には、第１圧電性薄板４＆の径
方向への収縮力がｆＪ２圧電性薄板４ｂに作用して、第
２圧電性薄板４ｂの周辺が固定され、１．１独で変形す
る場合よりも大きく変化し、曲率半径がより小さくなる
。このことは、第１圧電性薄板４＆の面が延びて径が拡
がり、その反対に第２圧寛性薄板４ｂの面が縮み径が縮
少して曲率半径が大きくなる場合でも同様で、このとき
には第２圧電性薄板４ｂが単独で変形する場合よりも大
きく変化し、曲率半径が大きくなる。

このように平板状の第１圧電性薄板４ａにわん曲した第
２圧電性薄板４ｂを連結して逆極性特性を利用すること
により、すなわち逆位相のブツシュ・プル動作を行なう
ことにより、第２圧電性薄板４ｂのわん曲運動の振幅を
増幅することができ、このことは電気−音響変換装置の
感度改善に大きく関与する。第１圧電性薄板４ａを故意
にわん曲させることも考えられるが、このようにすれば
それ自体の伸縮効率が悪くなり、結局、振動薄板１の駆
動効率ならびに第２圧電性薄板４ｂのわん曲運動に対す
る補助機能が極端に減退するため、第１圧電性薄板４ａ
の形状はほぼ平板状であることが必要である。なお、第
１圧電性薄板４ａもセラミックなどで作られるから、焼
成時の歪や寸法誤差などによって僅かわん曲することも
あるが、この程度のわん曲は特性上はとんど影響しない
。従って本発明の明細書で使用する「はぼ平板状」の語
句は、前述のように僅かにわん曲した・０のを含んでい
ることを意味する。

この第２実施例に係るスピーカの周波数慣性をスペクト
ルアナライデーで測定し、周波数が５０ヘルツから２０
キロヘルツまでのものを第７図に曲線Ｃで示した。なお
、図中の曲線Ｂは第４図で示したものと同じもので、圧
電性薄板をわん曲した状態でその周辺部を剛性の枠体で
固定したスピーカの周波数特性曲線で、前にも述べたよ
うに音響出力の変動が太き過ぎるばかりでな（、低周波
領域での応答性がほとんど期待できない。また図中の曲
線りは中間周波数帯域で用いる通常のダイナミックスピ
ーカの周波数特性曲線で、このスピーカの場合５キロヘ
ルツ付近で位相反転が生じるため、４キロヘルツから１
０キロヘルツ付近での滑らかな周波数応答性は不可能で
ある。

これらに比べて前記実施例に係るスピーカの場合には曲
ｍＣで示されるように、低周波領域から高周波領域まで
の広い範囲にわたって良好な応答性を有し、しかも第４
図の曲線Ａ（第１実施例）と比較すれば明らかなように
特に高周波領域での感度が良好になっている。

第８図は、本発明の第３実施例を示す図である。

この実施例において前記第２実施例と相違する点は、振
動薄板１の形状である。すなわち第２実施例では緩やか
にわん曲した振動薄板１を用いたが、この実施例の場合
には振動薄板１がラッパ状をしており、それの小径側の
開口に第１圧電性薄板４ａならびに第２圧電性薄板４ｂ
を配置し、大径側の開口部が環状の硬質支持枠３に接着
、固定されている。このような振動薄板１は、成形技術
によって量産される。なおこの図では電極ならびにリー
ド線の図示を省略している。

本発明において振動薄板としては、ポリカーポネ−）、
エチレン酢酸ビニルコポリマーシート。

ポリスチレンハイインパクトシート、軟質Ｉリエチレン
、軟質ポリゾロピレン、塩化ビニール、ポール紙、和紙
などが用いられる。実施例では振動薄板を単一材料で構
成したが、振動特性などを考慮して、例えば振動薄板の
内周側と外周側とを別材料で一体に形成することもでき
る。

前記実施例ではスピーカの場合について説明したが、本
発明は他の電気−音響変換装置、例えばマイクロフォン
としても使用することが可能である。この場合には、電
気−音響変換装置の前方に例えばラッパ状などの導音筒
体を付設するとよい。

本発明は前述したように、要は振動薄板を振動させるた
めの圧電性薄板と、その圧電性薄板の伸縮運動を受けて
面に対してほぼ垂直な方向に振動して発音体となる振動
薄板とに分けたから、発音体として良好な撮動特性を有
する振動薄板の材質を広い範囲から選択することができ
る。そのため従来提案された圧電セラミックトランソユ
ーサに比べて、特に低周波領域での応答性が改善され、
広い音響領域を有し、しかも周波数特性が非常に滑らか
で特性的にも実走している。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の第１実施例に係るスぎ一
力の正面図および切断側面図、第３図はそのスぎ一力を
収容したスピーカがツクスの糸Ｉ　ＩＩ図、第４図およ
び第７図は各スピーカの周波数特性図、第５図および第
６図は本発明の第２実施例に係るスピーカの正面図およ
び切断側面図、第８図は本発明の第３実施例に係るスピ
ーカの切断側面図である。 １・・・振動薄板、２・・・穴、３・・・支持枠、４・
・・圧電性薄板、４ａ・・・第１圧電性薄板、４ｂ・・
・第２圧電性薄板、５，６・・・電極、９・・・スピー
カ。 第１日　　　７２国 ε ７３　図 π ／ ｉ 才　４１￥Ｔ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）面に対してほぼ垂直方向に撮動可能な振動部を有
   する可撓性の振動薄板と、その振動薄板の振動部のほぼ
   中央に開口が設けられて、外周部がその開口周辺部に連
   結され両面にそれぞれ電極を有するほぼ平板状の圧電性
   薄板と、前記振動薄板の外周部を支持する支持部材とを
   備えていることを特徴とする電気−音響変換装置。 （２、特許請求の範囲第（１）項記載において、前記振
   動薄板がわん曲していることを特徴とする電気−音響変
   換装置。 （３）特許請求の範囲第（１）項記載において、前記振
   動薄板がポリカーがネート、エチレン酢酸ビニルコポリ
   マ、ハイインパクトポリスチレンのうちから選択された
   少なくとも一つの薄板であることを特徴とする電気−音
   響変換装置。 （４）特許請求の範囲第（１）項記載において、前記振
   動薄板が軟質ポリオレフィンの薄板であることを特徴と
   する電気−音響変換装置。 （５）　　特許請求の範囲第（１）項記載において、前
   記のほぼ平板状の圧電性薄板にわん曲状の第２の圧電性
   薄板を互に向かい合う内側の面の分極極性が異極になる
   よう重ね合わせ、両正電性薄板の外周部を連結したこと
   を特徴とする電気−音響変換装置。 （６）特許請求の範囲第（５）項記載において、前記平
   板状の圧電性薄板とわん曲状の圧電性薄板とが同材質の
   圧電性セラミックから構成されていることを特徴とする
   電気−音響変換装置。