JPS60134700A - 発音装置 - 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】 ［発明の技術分野］ この発明は、弾性的な振動板に対して圧電素子を添着し
た構造の発音部材を使用する、例えば自動車用の警報装
置として使用される発音装置に関する。

［発明の背景技術］ 自動車に使用される警報装置としては、例えば距離２ｍ
離れた位置で１００ｄＢ以上の大きな音圧が要求される
。このため、振動板として直径が約９ＯＩＩｌＩＩｌ程
度の大径のものが必要となるものであるが、圧電素子は
、実用上でそれほど大きく構成することができないもの
で、直径約５０ＩＩｌＩＩｌ程度が限界である。このこ
のため、圧電素子を利用して自動車用の警報装置のよう
な大きな音量の発音装置を構成するには、圧電素子の取
り付けられる発音板の２次共振を利用することが考えら
れている。

第１図は、このような２次共振を利用する従来考えられ
ていた発音装置の構成を示すもので、発音板１１は振動
板１２に対して薄板状にした圧電素子１３を張り合わせ
て構成されるもので、この発音板１１はハウジング１４
の開口部に対して対設設定され、このハウジング１４の
開口部には蓋状前となるハウジング１５を取り付は設定
し、上記発音板１１を固定保持するようになっている。

この場合、ハウジング１５に対しては、多数の開孔１６
ａ　、　１６ｂ　、・・・が形成され、この開孔１６ａ
　、１６ｂ・・・は発音板１１部分で発生された音響を
外部に放出するために作用するもので、このハウジング
１５部分に対応して空気層１７が形成される。上記ハウ
ジング１４の例えば底板部分には、発音駆動回路１８が
取り付は設定されるもので、この駆動回路１８から上記
発音板１１に対して、リード線１９．２０を介して発音
駆動信号が供給されるようになっている。

第２図は上記駆動回路１８の具体的回路の例を示してい
るもので、信号源となる発振回路２１からの発振信号を
、増幅回路２２で増幅し、ざらに昇圧トランス２３で大
きな電圧として、発音板による発音機構２４に供給する
ようにしているものである。

このように構成される発音装置において、その発音共鳴
設計をする場合には、発音板１１の２次共振周波数ｆｐ
に対して、一般に知られている計算式に基づき、ハウジ
ング１５に形成される開孔１６ａ１１６ｂ、・・・の直
径２ａ、この開孔の数ｎ、開孔の長さ２、空気層１７の
容積Ｖをそれぞれチューニングするものである。ここで
上記ａは、ハウジング１５の板厚（２ｎ＋ｍ）によって
決まるものであるため、充分な音圧を得るためには、あ
る程度の開孔１６ａ、１６ｂ、・・・それぞれの面積を
必要とする状態となるもので、容積Ｖを充分にとる必要
があるものである。例えば、この図に示した発音装置に
おいて、発音周波数ｆｐを１５５０）（ｚにチューニン
グするためには、上記開孔の直径２ａを４．８ｍｌ１ｌ
、ｎを２４、■を９０ｃｃ（ハウジング１５の深さｈ＝
１５ｍｍ）とするもので、その増幅効果は約８６ｂ程度
であった。

しかし、上記のように構成される発音装置にあっては、
その周波数特性を見ると、基本周波数となる低音域の応
答性が小さいものであり、また音圧の主成分となる２次
共振特性が鋭すぎる状態にある。このため、ソフトな感
じのない高くかつ鋭い音しか発生できない状態となるも
ので、発生音の音色上に欠陥を有する状態となってしま
うものである。

また、共振のピークの幅を拡大する手段として、例えば
実開昭５５−１３０３９５号明細書に示されるように、
共振周波数の異なる２枚の発音板を対向する状態に設定
する構成のものが考えられている。しかし、ここに示さ
れた構造のものにあっては、低周波とした場合の特有な
現象に関しては、全く考慮していないものであり、また
２枚の発音板それぞれから発生する音を、有効に増幅発
音させる手段に関しても特に考慮されていないもので、
例えば警報装置として充分な発音特性を得るには不十分
なものである。

［発明の目的］ この発明は上記のような点に鑑みなされたもので、特に
低音域の応答性に富み、しかも共振ピークの帯域幅を充
分広く設定することができて、良好な音色でかつ音圧も
充分な音を発生して、自動車用の警報装置としてる効果
的に使用されるようにする圧電素子を使用した発音装置
を提供しようとするものである。

［発明の概要］ すなわち、この発明に係る発音装置は、それぞ５− れ圧電素子を設定した第１および第２の発音板を対向設
定して、その外周部をリングによって一体的に結合して
その発音板相互間に空気室を形成するようにすると共に
、この第１および第２の発音板からなる発音部材の両面
部分に対してそれぞれ空気層が形成され、かつこの空気
層相互が上記リングの外周部で連続設定されるように、
ハウジングに取り付は設定するようにしたものである。

［発明の実施例］ 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。

第３図および第４図はその構成を示しているもので、第
１および第２の発音板３１および３２が、互いに平行状
態となるように対向設定されている。この第１および第
２の発音板３１．３２は、それぞれ円盤状の金属振動板
３３．３４に対して、その中心部分に同心状態となるよ
うに薄板円盤状の圧電素子３５および３６を、それぞれ
張り合わせ設定して構成されるものである。ここで、上
記圧電素子３５および３６のそれぞれ寸法は、「４２φ
ＸＯ，３Ｉｌ１１、［４８φＸＯ，３ｍｍ＋Ｊであり、
振動板３３は６− コバール（商品名：日本鉱業製高ニッケル合金）、振動
板３４は黄銅でそれぞれ構成され、その寸法は共に「９
０φｘｏ、２ｍｍＪに設定される。

上記対向設定される第１および第２の発音板３１および
３２のそれぞれ外周部は、合成樹脂で構成されるリング
３７に対して接着固定されるもので、この第１および第
２の発音板３１．３２およびリング３７で囲まれる内部
には、空気室３８が形成されるようになっているもので
、この空気室３８を含む第１および第２の発音板３１．
３２によって、発音部材３９が構成されるようになるも
のである。そして、上記第１および第２の発音板３１お
よび３２に対して駆動電流を供給するリード線４０ａ　
、　４０ｂおよび４１ａ１４１ｂは、並列接続して駆動
回路４２に対して接続するもので、この場合第１の発音
板３１のリード線４Ｏａ　、　４０ｂは特に図では示し
てないが、リング３７に形成された溝を介して駆動回路
４２部分に導かれる。

上記発音部材３９を構成するリング３７には、複数例え
ば４か所の凹部が形成され、この各凹部に対しては、そ
れぞれゴム製の支持部材４３ａ　、　４３ｂ　。

・・・を嵌め込み設定し、この支持部材４３ａ　、　４
３ｂ　。

・・・は、ハウジング４４の内側壁に対して取り付は設
定するようにする。そして、上記発音部材３９が、ハウ
ジング４４の内部に弾性的に保持設定されるようにする
ものである。ここで、上記ハウジング４４は、本体部４
４ａとその開口部分に対して接着固定される蓋体部４４
ｂとから構成され、上記支持部材４３ａ　、　４３ｂ　
、・・・はそれぞれ本体部４３ａの開口部周部に形成し
た凹部に対して嵌め込み設定し、これを蓋体部４４ｂに
よって押え込み設定するようにしてなる。

ここで、上記発音部材３９を構成するリング３７の外径
を９３ＩｌｌＩＩｌに設定し、ハウジング４４の内径を
１０ＯｉｌＩｌｌに設定することによって、リング３７
の外周部分に長さｈ１幅ｙの全周にわたるリング状態の
音響通路４５が形成されるようになっている。また、上
記発音部材３９の第１の発音板３１と、ハウジング４４
の蓋体部４４ｂの前面板との間に厚さｈａ＝１１１の前
側空気層４６が形成され、さらに第２の発音板３２とハ
ウジング４４の本体部４４ａの底板部との間には、厚さ
ｈｂ＝５ｍｍの後側空気層４７が形成されるようになっ
ている。

そして、上記ハウジング４４の蓋体部４４ｂの前側板部
分には、外側寄りに分布して直径４．８ｍｍの放音用の
、例えば４８個の開口４Ｂａ　１４＆ｂ　、・・・を形
成してなる。

このような発音装置において、低周波域に共振をもたせ
るためには、振動部分の直径を大きく設定し、その板厚
を薄くして、外周部分を固定すればよいことは知られて
いる。そして、上記実施例に示した発音装置にあっては
、上記のように各寸法数値を設定することによって、発
音板３１および３２の１次共振周波数をそれぞれ約４０
０Ｈ７および約５００Ｈｚに設定することができる。

ところが、このように大きな外径の薄い振動板に構成し
て、その振動周波数が低い状態となってくると、発音板
３１．３２相互間の内部空気室３８は大きな音響増幅効
果をもたらすことが判明した。

ここで、１次共振音圧の増幅効果について考察すると、
第１の発音板３１の裏側から放射される、９− 表側に対し逆位相となる音波は、第２の発音板３２によ
ってカットされる状態となり、音波の回り込みによる打
ち消し合いを防止できるようになる。

また、内部空気室３８は密閉状態となっているものであ
るため、その内部空気反力によって振動が増大される状
態となり、音響増幅動作が可能の状態となる。これは、
第２の発音板３２に対しても、第１の発音板３１が同様
の作用をするようになるものであり、したがって、内部
空気室３８の効果は、第５図に示すような状態となる。

この図において、曲線ＡおよびＢは、それぞれ第１およ
び第２の発音板３１および３２単独で存在する場合の、
正弦波入力に対する周波数特性データを示すもので、曲
線Ｃは上記実施例のように第１および第２の発音板３１
．３１を並列に接続設定した場合の同じく周波数特性デ
ータであって、この曲線Ｃのデータでは曲線ＡおよびＢ
に対してそれぞれ約１５ｄｂの増幅効果が存在すること
が確認できる。尚、このデータは、発音部材３９をハウ
ジング４４から取り出した状態で測定したものである。

１０− すなわち、上記実施例に示した装置にあっては、第１お
よび第２の発音板３１および３２で挟まれる内部空気室
３８が音響増幅のために利用される状態となるものであ
り、第１および第２の発音板３１．３２の共振周波数が
約８００Ｈｚ以下の低周波域で、特に有効な効果をもた
らすものである。

次に、２次共振増幅について説明すると、第１および第
２の発音板３１．３２の２次共振周波数は、それぞれ約
１２５０Ｈｚ　、および約１５５０Ｈｚである。そして
、上記発音装置では、主に音響通路４５と、後側空気室
４７との間で共鳴させているもので、その共鳴周波数は
、第１および第２の発音板３１．３２の２次共振周波数
の中間周波数付近である約１４００Ｈｚとされるもので
ある。この周波数のチューニングは、主に音響通路４５
の長さｈ１通路幅ｙ１後側空気室４７の厚さｈｂ等を適
切に設定することによって実行される。したがって、リ
ング３７の幅に相当する音響通路４５の長さが存在する
だけ、前側空気室４６の容積Ｖ　（ｈａの大きさに対応
する）が小さくとも、充分な２次共振増幅効果が得られ
る。

この場合上記実施例の共鳴モードについて、有限要素法
シミュレーションを用いて解析した結果を示すと、第６
図に示す状態となる。この図において、丸の大きさは８
丸の中心位置における音圧の大きさく共鳴モード）を示
している。すなわち、前側空気層４６もひきずられるよ
うに共鳴する状態となるもので、これによって、発音板
３１の２次共振音圧も増幅させることが可能となるもの
である。

尚、上記実施例においては、前側の空気層４６の厚さを
後側の空気層４７の厚さよりも大きく設定し、かつ放音
用の開口４８ａ　、　４８ｂ　、・・・は極力外側に配
置させる状態で構成したが、発音板３１に対する増幅効
果を大きくするためには、このように構成すると効果的
である。

第７図は、上記実施例における共鳴増幅効果を説明する
もので、実線で示す曲線はこの実施例の状態における共
鳴増幅効果を、破線は上記実施例に示したハウジング４
４を取り外した場合の共鳴増幅効果を示すもので、これ
は正弦波入力に対する周波数特性データの状態で示して
いる。すなわち、上記のようなハウジング４４の存在に
より、発音板３１．３２の２次共振音圧は、共に約８ｄ
Ｂ以上増幅できるようになる。

すなわち、第１図で示したような従来の手段の考え方で
は、１枚の発音板に対して１つの共鳴室を設ける構成の
ものであり、したがって発音板が２枚となればその共鳴
室も２つとなり、この発音装置の大きさも２倍となるも
のである。この点、上記実施例では示したように構成す
ることによって、前側および後側の空気層４６．４７を
合計しても１５１Ｉ１１１であり、従来と同等程度の空
気層の大きさで、２枚の発音板３１．３２共に充分に増
幅させることが可能となる。

次に、上記実施例における発音部材３９を支持する支持
部材４３ａ　、４３ｂ　１・・・について考察してみる
と、発音部材３９を構成する第１および第２の発音板３
１．３２共に、その１次共振モードは外周部が振動の節
とはならないもので、リング３７の振動が大きい状態と
なる。したがって、このリング３７を完１３− 今に固定してしまうとこの支持部で振動が抑制される状
態となってしまい、発音板３１．３２の振動発音効果が
抑制されてしまう。また、ハウジング４４に対して大き
な振動が直接的に伝達される状態となって、びびり音が
発生するような問題が生ずる。

このため、支持部材４３ａ　、　４３ｂ　、・・・を振
動を吸収するゴムのような材料によって構成するもので
ある。

第８図は、第１図で示した従来例との対比で周波数特性
データを示すもので、実線は第３図で示した実施例の特
性を、破線は第１図で示した従来例の特性をそれぞれ示
している。

この特性図からも明らかなように、実施例に示した発音
装置にあっては、従来と同程度の大きさによって、基本
周波数となる低音域の応答性に冨み、音圧成分となる２
次共振域の帯域幅の広い発音装置が構成されるようにな
るものである。例えば、駆動回路４２から４００Ｈｚ　
、５００Ｈｚ　、１２００Ｈｚ　、１５００Ｈｚの周波
数成分を含んだ振動波形信号を供給することによって、
ソフトな１４− 感じでしかも豊かな音色の警報音が発生されるようにな
るものである。

上記実施例にあっては、発音部材３９を支持する支持部
材４３ａ　、　４３ｂ　、・・・は、リング３１の外側
に突設する状態で設定した。しかし、この発音部材３９
の支持構造は適宜変形できるものであり、例えば第９図
に示すように、リング３７の第１および第２の発音板３
１．３２に対応する両面部までも含む状態で嵌め込み設
定される断面コ字型に成型したスポンジを用いて支持部
材５１を構成してもよいものであり、この場合ハウジン
グ４４の蓋体部４４ｂの外周部をテーパ状態に形成して
、このテーパ部によって上記支持部材５１を押えるよう
にして固定保持させるようにしてもよい。また、リング
３７の側壁には、内部空気室３８の増幅効果を失わない
程度の、例えば直径１．５ｍｕ＋程度の穴５２を設け、
内部気圧差による特性変化が発生しないように対策して
もよいものである。

また、第１０図に示すように、ハウジング４４の側壁部
分に対しても放音のための開口５３を設ける状態として
もよい。そして、さらに第１および第２の発音板３１．
３２の共振周波数を異ならせる手段として、振動板３３
．３４を例えば黄銅のような同じ材料によって構成し、
その形状を異ならせて共振周波数を異なる状態に設定す
るようにしてもよいものである。また、このような振動
板の外周部分は、溶着、かしめ等の手段によって固定す
る構造としてもよい。

このような発音部材３９において、第１および第２の振
動板３３および３４は、これまでに示したように板状の
ものに限定されるものではなく、第１１図に示すように
互いに対向する面部分を開口した容器状態に構成し、こ
の容器状態にした振動板３３．３４の周部をリング３７
の端面に形成した溝に対して指し込み設定して固定する
ようにしてもよい。また、この発音部材３９の支持部の
構造においても、リング３７の外周部に対して鍔状のフ
ランジ５３を突設し、このフランジ５３を支持部材４３
ａ　１４３ｂ　、・・・に形成した切り込み凹部に嵌め
込み設定して、発音部材３９が支持設定されるように構
成してもよいものである。さらに、ハウジング４４の蓋
体部４４ｂに形成される放音用の開口も、多数の小さな
孔で形成するものに限らず、スリットによって構成して
もよいことはもちろんである。

発音部材３９を構成する第１および第２の発音板３１．
３２は、実施例に示したように振動板３３．３４のそれ
ぞれ一方の面に対して圧電素子３５および３６を接合設
定するように構成したが、これは第１２図に示すように
第１および第２の振動板３３および３４のそれぞれ両方
の面に対して、圧電素子３５ａ　、　３５ｂ１および３
６ａ　、　３６ｂを接合したバイモルフ構造として構成
してもよいものである。この場合、振動板３３．３４に
それぞれ接合される圧電素子３５ａと３５ｂ１および３
６ａと３６ｂとは、それぞれ並列接続してもよいもので
あるが、それぞれ別系統の駆動回路によって駆動するよ
うに構成してもよい。また、この場合第１３図に示すよ
うに、圧電素子の表面に対して電極５４を形成すると共
に、この電極５４から分割される状態で上記圧電素子の
上に副電極５５を設け、これら電極５４および５５と振
動板上の１７− 電極５６とによる３端子によって、従来から知られてい
る自励発振方式による駆動信号発生手段を構成するよう
にしてもよいものである。

尚、第３図に示した実施例ではリング３１を設けたが、
リング３７を省略して振動板３３と３４を直接接触させ
て、振動板３３．３４相互間に空気室を形成する形状と
することも可能である。

［発明の効果コ 以上のようにこの発明によれば、従来と同等の大きさに
構成する状態であっても、特に低音域において応答性の
優れた発音装置を構成することのできるものであり、し
かも共振ピークの帯域幅を充分に大きなものとすること
ができ、音色が充分に良好な状態で充分な音圧が得られ
るようになるものであり、例えば自動車用の警報音発生
装置として効果的に応用できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の発音装置を説明する構成図、第１８− 置を示すもので、第３図は第４図のＩ［Ｉ−Ｉ線に沿う
断面図、第４図は第３図のｒＶ−ｒＶ線に沿う断面図、
第５図は上記実施例装置の空気室における増幅効果を説
明する曲線図、第６図は上記発音装置における共鳴モー
ドを説明する図、第７図は同じく共鳴増幅効果を示す図
、第８図は上記発音装置の周波数特性データを従来例と
対比して示す図、第９図乃至第１２図はそれぞれこの発
明の異なる実施例を説明する構成図、第１３図はさらに
圧電素子に対する電極構成の他の例を説明する図である
。 ３１．３２・・・第１および第２の発音板、３３．３４
・・・第１および第２の振動板、３５．３６・・・第１
および第２の圧電素子、３７・・・リング、３８・・・
内部空気室、３９・・・発音部材、４２・・・駆動回路
、４３ａ　、４３ｂ　、・・・支持部材、４４・・・ハ
ウジング、４５・・・音響通路、４６．４７・・・前側
および後側空気層、４８ａ、４８ｂ、・・・開口（放音
用）。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 １９− 第１図 第５図 特開昭ＧＯ−１３４７００（７） 尉　；虐　オ鰺　１／　Ｌｌ　−９ Ｍ　波　数　にＨｚ １００■−■肩 第９図 −第１０図 ′　第１１図 ４３８−拝→１４章塁廷；；；；；＝４煽ｉ≠≠；至竿
至う←Ｊト＝２第１２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. それぞれ振動板に対して薄板状の圧電素子を接合して構
   成されそれぞれ共振周波数を異ならせて設定し、かつ相
   互間に空気室が形成されるように対向配置するように設
   定した第１および第２の圧電発音板と、この第１および
   第２の圧電発音板からなる発音部材の前面および背面部
   に空気層を形成してさらに上記第１および第２の発音板
   の外周部に隙間による通路を形成するように構成したハ
   ウジングと、このハウジング内に上記発音部材を支持設
   定する弾性体でなる支持部材とを具備したことを特徴と
   する発音装置。