JPS602717Y2 - electroacoustic transducer - Google Patents

electroacoustic transducer

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JPS602717Y2
JPS602717Y2 JP16978380U JP16978380U JPS602717Y2 JP S602717 Y2 JPS602717 Y2 JP S602717Y2 JP 16978380 U JP16978380 U JP 16978380U JP 16978380 U JP16978380 U JP 16978380U JP S602717 Y2 JPS602717 Y2 JP S602717Y2
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JP
Japan
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electroacoustic transducer
electrode plate
piezoelectric
vibration node
resonance frequency
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JP16978380U
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JPS5791398U (en
Inventor
涼 木村
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松下電器産業株式会社
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Description

【考案の詳細な説明】 本考案は圧電素子を用いた電気音響変換素子に関し、特
に音声帯域用として最適の高い変換効率を有した電気音
響変換素子を提供するものである。
[Detailed Description of the Invention] The present invention relates to an electroacoustic transducer using a piezoelectric element, and particularly provides an electroacoustic transducer having high conversion efficiency and optimal for use in the audio band.

一般に圧電素子を用いた圧電型スピーカは、バイモルフ
素子を駆動源とし、高音用スピーカとして実現されてい
る。
Generally, a piezoelectric speaker using a piezoelectric element uses a bimorph element as a driving source and is realized as a high-pitched speaker.

これは再生周波数帯域と出力音圧レベルの関係に基因し
ている。
This is due to the relationship between the reproduction frequency band and the output sound pressure level.

バイモルフ素子はマイクロホンやピックアップ、ブザー
、スピーカなどの振動体に用いられており、この素子を
用いると省電力化、薄形化が可能になる。
Bimorph elements are used in vibrating bodies such as microphones, pickups, buzzers, and speakers, and use of this element allows for power saving and thinning.

バイモルフ素子は、長さ方向に伸び縮みする圧電素子を
2枚貼り合わせ、一方が伸びるときに他方が縮み、全体
として屈曲運動するものであり、機械インピーダンスを
下げて大きな出力電圧をとりだせるようにしたものであ
る。
Bimorph elements are made by pasting together two piezoelectric elements that expand and contract in the length direction, and when one expands, the other contracts, resulting in a bending motion as a whole.It is designed to reduce mechanical impedance and produce a large output voltage. This is what I did.

通常、バイモルフ素子に用いる圧電素子は薄い円板状を
しており、自由振動をさせた円板状圧電素子の共振周波
数は一般的に次の式で示される。
Usually, a piezoelectric element used in a bimorph element has a thin disk shape, and the resonance frequency of a disk-shaped piezoelectric element that is allowed to freely vibrate is generally expressed by the following equation.

(ここで、rは半径、tは厚み、Eはヤング率、ρは密
度、σはポアソン比、aは定数を示す。
(Here, r is radius, t is thickness, E is Young's modulus, ρ is density, σ is Poisson's ratio, and a is a constant.

)この式から明らかなように、E、ρ、σは材料によっ
て決まる固有の特性であり、バイモルフ素子は高い誘電
率と高い電気機械結合係数を必要としているため、圧電
素子の材料としては主に圧電セラミックスが用いられる
が、圧電セラミックスの材料や組成を変えることにも限
界がある。
) As is clear from this equation, E, ρ, and σ are unique characteristics determined by the material, and bimorph elements require a high dielectric constant and a high electromechanical coupling coefficient, so they are mainly used as materials for piezoelectric elements. Piezoelectric ceramics are used, but there are limits to changing the material and composition of piezoelectric ceramics.

従ってバイモルフ素子の基本共振周波数は寸法形状によ
ってほぼ決定される。
Therefore, the fundamental resonant frequency of a bimorph element is approximately determined by its size and shape.

第1図は前述した構造を有する従来のバイモルフ素子を
示したものであり、第1図Aには一部切欠平面図を、第
1図Bには第1図Aの c/断面図を示す。
Fig. 1 shows a conventional bimorph element having the above-described structure, and Fig. 1A shows a partially cutaway plan view, and Fig. 1B shows a c/cross-sectional view of Fig. 1A. .

両面に電極3を形威し、分極処理された所定の直径と厚
みを有する圧電セラミックス1は、電極3を介し中間の
電極板2に機械的、電気的に結合されている。
A polarized piezoelectric ceramic 1 having electrodes 3 on both sides and having a predetermined diameter and thickness is mechanically and electrically connected to an intermediate electrode plate 2 via the electrodes 3.

このような構造を有するバイモルフ素子を音声帯域用の
バイモルフ素子として使用するためには、再生周波数帯
域よりも低い基本共振周波数が必要であり、それには前
記した式から厚みを薄くする方法と素子の直径を大きく
する方法が考えられる。
In order to use a bimorph element with such a structure as a bimorph element for the audio band, a fundamental resonance frequency lower than the reproduction frequency band is required. One possible method is to increase the diameter.

上記したように圧電素子には特性面からセラミックスが
主に用いられるが、セラミックスには高温で焼結させる
ことが必要であるため薄くするに従ってより製造が困難
となる。
As mentioned above, ceramics are mainly used for piezoelectric elements due to their characteristics, but since ceramics need to be sintered at high temperatures, manufacturing becomes more difficult as they become thinner.

また、同じ厚みで直径を大きく製造することも同じく難
しくなる。
Furthermore, it is also difficult to manufacture a larger diameter with the same thickness.

特公昭−46−2716号公報には、8ケタのスリット
を半径方向に設けることによって基本共振周波数を下げ
ることが述べられているが、これは外周部から中心に向
って切り込みを入れることによって素子の弾性コンプラ
イアンスを下げるようにしたものであり、この方法では
基本共振周波数は下がるが、変換効率を示す電気−機械
結合係数も。
Japanese Patent Publication No. 46-2716 states that the fundamental resonance frequency can be lowered by providing 8-digit slits in the radial direction. Although this method lowers the fundamental resonance frequency, it also lowers the electro-mechanical coupling coefficient, which indicates conversion efficiency.

低下してしまう。It will drop.

なお、電気−機械結合係数は、基本共振周波数をfr、
反共振周波数をfaとした時、次の式で与えられる。
Note that the electro-mechanical coupling coefficient is the fundamental resonance frequency fr,
When the antiresonance frequency is fa, it is given by the following equation.

一方圧電素子の寸法は同一のままとし、中間電極板の寸
法を大きくすることも考えられるが、やはりこれも電気
−機械結合係数を下げることになる。
On the other hand, it is conceivable to leave the dimensions of the piezoelectric element the same and increase the dimensions of the intermediate electrode plate, but this would also lower the electro-mechanical coupling coefficient.

スピーカなどの音響変換素子の駆動源として用いる時に
は、高い変換効率、高い力係数が必要となる。
When used as a drive source for acoustic conversion elements such as speakers, high conversion efficiency and high force coefficient are required.

今まで述べてきた従来例はいずれも何らかの点で駆動素
子として理想のものではなかった。
All of the conventional examples described so far are not ideal as drive elements in some respect.

本考案はこれらの問題点を解決し、高変換効率を有した
状態で基本共振周波数を下げるようにした電気音響変換
素子を提供するものである。
The present invention solves these problems and provides an electroacoustic transducer that lowers the fundamental resonance frequency while maintaining high conversion efficiency.

第2図に示すように、第1図に示したようなバイモルフ
素子は、自由振動させた時に基本振動節す、b’を基準
にして同心円状に振動する。
As shown in FIG. 2, when the bimorph element shown in FIG. 1 is allowed to freely vibrate, it vibrates concentrically with reference to the fundamental vibration node b'.

この節は円板のたわみ振動としてバイモルフ素子の直径
aの約0.6〜0.7付近に存在する。
This node exists in the vicinity of about 0.6 to 0.7 of the diameter a of the bimorph element as a flexural vibration of the disk.

本考案ではこの基本振動節部に対応する中間の電極板位
置に空隙部を部分的に設けることにより、力係数を低下
させることなく振動節部の弾性コンプライアンスを局部
的に高くとり、基本共振周波数を低下させている。
In the present invention, by partially providing a gap at the intermediate electrode plate position corresponding to this basic vibration node, the elastic compliance of the vibration node can be locally increased without reducing the force coefficient, and the fundamental resonance frequency can be increased. is decreasing.

第3図は本考案の電気音響変換素子の構造と示したもの
であり、第3図Aにはその一部切欠平面図を、第3図B
には第3図Aのd −d’断面図を示す。
Fig. 3 shows the structure of the electroacoustic transducer of the present invention, and Fig. 3A shows its partially cutaway plan view, and Fig. 3B
3A shows a sectional view taken along line d-d' in FIG. 3A.

図において、第1図と同一機能を有する部分には同一番
号を付す。
In the figure, parts having the same functions as those in FIG. 1 are given the same numbers.

ここで第1図と異なるのは中間電極板2に基本振動節5
の半径方向に間欠的な空隙部4がおいていることである
Here, the difference from Fig. 1 is that the intermediate electrode plate 2 has a fundamental vibration node 5.
There are intermittent voids 4 in the radial direction.

この空隙部4は半径方向に設けられており、外周部まで
達していないことが必要である。
This cavity 4 is provided in the radial direction, and it is necessary that it does not reach the outer periphery.

振動節部に設ける空隙部4は図面に示す様な円に限らな
いで他の形状であっても効果は同じであり、同心円状に
対称に設は特性に合わせながら最適寸法に設計する。
The void 4 provided at the vibration node is not limited to a circular shape as shown in the drawings, but may have other shapes with the same effect, and if it is arranged concentrically and symmetrically, it is designed to have the optimum dimensions in accordance with the characteristics.

なお中間電極板に形状加工するとともに、同一個所の圧
電セラミックシートに貫通した空隙部を設ける場合にも
共振周波数を下げることができるが、セラミックシート
への加工が困難となるため電気特性的にインピーダンス
の増加となって表われる欠点がある。
In addition to shaping the intermediate electrode plate, it is also possible to lower the resonant frequency by creating a void that penetrates the piezoelectric ceramic sheet at the same location, but this makes machining the ceramic sheet difficult and reduces the impedance in terms of electrical characteristics. There is a drawback that appears as an increase in

以下実施例に基すき、本考案について詳述する。The present invention will be described in detail below based on Examples.

実施例 1 厚さ100μm1直径38mmの圧電セラミックシート
の分極方向をそろえて中間電極板に接着した。
Example 1 A piezoelectric ceramic sheet having a thickness of 100 μm and a diameter of 38 mm was adhered to an intermediate electrode plate with the polarization directions aligned.

中間電極板には基本振動節に相当する中心点より14藺
の距離の部分に対称となるように直径4醜の穴を第1表
に示す種々の条件で設けた。
Holes with a diameter of 4 mm were provided in the intermediate electrode plate symmetrically at a distance of 14 mm from the center point corresponding to the fundamental vibration node under various conditions shown in Table 1.

この条件でのバイモルフ素子の各圧電特性を第1表に示
す。
Table 1 shows the piezoelectric characteristics of the bimorph element under these conditions.

この結果よりスピーカなどの音響変換素子には静電容量
、結合係数、アドミッタンスの高い特性と低い共振周波
数が望まれる。
From this result, acoustic conversion elements such as speakers are desired to have high characteristics of capacitance, coupling coefficient, and admittance, and a low resonant frequency.

これらを考慮して、8ケタの穴を設ける時最も低い共振
周波数でなおかつ他の特性を低下させないことが分った
Taking these into consideration, it was found that when 8-digit holes are provided, the resonance frequency is the lowest and other characteristics are not degraded.

12ケタを設ける場合には分割振動をするためにアドミ
ッタンス特性が悪くなる。
When 12 digits are provided, the admittance characteristic deteriorates due to divided vibration.

実施例 2 実施例1で用いたと同様の圧電セラミックシートを、厚
さ1100p、直径40藺の黄銅を中間電極板として使
用し、その両面に圧電セラミックシートの分極方向をそ
ろえて接着したバイモルフ素子とした。
Example 2 A piezoelectric ceramic sheet similar to that used in Example 1 was bonded to a bimorph element using brass with a thickness of 1100 mm and a diameter of 40 mm as an intermediate electrode plate, and bonded to both sides of the piezoelectric ceramic sheet with the polarization directions aligned. did.

中間電極板には実施例1で最も効果的である8ケタの穴
を、第2表に示すような種々の条件で設けた。
Eight-digit holes, which were the most effective in Example 1, were provided in the intermediate electrode plate under various conditions as shown in Table 2.

それぞれの条件における圧電特性を第2表に示す。The piezoelectric characteristics under each condition are shown in Table 2.

第2表から明らかなように本考案の素子を用いれば全ん
ど圧電特性を低下させるこ、。
As is clear from Table 2, if the device of the present invention is used, the piezoelectric properties will be reduced in all cases.

本となく共振周波数を約20%下げることができる。It is possible to lower the resonance frequency by about 20% without any problem.

なお第2表には、比較例として外周部までスリットを入
れた例と圧電素子にも穴を設けた例を示すが、外周部ま
でスリットを入れた時には共振周波数を下げることがで
きるが結合係数とアドミッタンス特性ともに低くなって
しまい十分な変換効率が得られない。
Table 2 shows an example in which a slit is made to the outer periphery and an example in which a hole is also provided in the piezoelectric element as a comparative example.When the slit is made to the outer periphery, the resonance frequency can be lowered, but the coupling coefficient Both the converter and admittance characteristics become low, making it impossible to obtain sufficient conversion efficiency.

また圧電素子にも穴を設けた時も静電容量が下がりアド
ミッタンス特性が低くなる欠点がある。
Furthermore, when holes are provided in the piezoelectric element, the capacitance decreases and the admittance characteristic also decreases.

なお、上記した2つの実施例においては圧電素子として
円板形状のものを用いたが、本考案はこの形状に限定さ
れるものではなく、だ円等他の形状であっても同様の効
果が得られることは言うまでもない。
In addition, in the above two embodiments, a disc-shaped piezoelectric element was used, but the present invention is not limited to this shape, and the same effect can be obtained even if other shapes such as an ellipse are used. Needless to say, you can get it.

以上の説明から明らかなように、本考案の電気音響変換
素子は、2板の圧電素子を1板の電極板ではさんだバイ
モルフ素子において、バイモルフ素子の基本振動節に対
応する電極板位置に空隙部を部分的に設けたものであり
、他の圧電特性を低下させることなく低い共振周波数を
有する電気音響変換素子を得ることができるため、その
実用上の効果は多大である。
As is clear from the above description, the electroacoustic transducer of the present invention has a bimorph element in which two piezoelectric elements are sandwiched between one electrode plate, and a gap is formed at the electrode plate position corresponding to the fundamental vibration node of the bimorph element. It is possible to obtain an electroacoustic transducer having a low resonant frequency without degrading other piezoelectric properties, and therefore its practical effects are great.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図A、 Bは従来の電気音響変換素子の一部切欠平
面図と側部断面図、第2図は第1図の素子における振動
モードを示した原理図、第3図A。 Bは本考案の電気音響変換素子の一部切欠平面図と側部
断面図である。 1・・・・・・圧電素子、2・・・・・・電極板、3・
・・・・・電極、4・・・・・・空隙部、5・・・・・
・基本振動節部。
1A and 1B are a partially cutaway plan view and a side sectional view of a conventional electroacoustic transducer element, FIG. 2 is a principle diagram showing the vibration mode of the element in FIG. 1, and FIG. 3A. B is a partially cutaway plan view and side sectional view of the electroacoustic transducer of the present invention. 1... Piezoelectric element, 2... Electrode plate, 3.
...Electrode, 4...Gap, 5...
・Basic vibration node.

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] (1)電極が付された2枚の圧電素子を電極板の両面に
設けた電気音響変換素子において、この電気音響変換素
子の基本振動節に対応する位置の電極板に空隙部を部分
的に設けたことを特徴とする電気音響変換素子。
(1) In an electroacoustic transducer in which two piezoelectric elements with electrodes are provided on both sides of an electrode plate, a gap is partially formed in the electrode plate at a position corresponding to the fundamental vibration node of the electroacoustic transducer. An electroacoustic transducer characterized by being provided.
(2)実用新案登録請求の範囲第1項の記載において、
圧電素子として円板形状のものを用い、電極板の空隙部
を同心円状の基本振動節上に設けたことを特徴とする電
気音響変換素子。
(2) In the statement in paragraph 1 of the claims for utility model registration,
An electroacoustic transducer element characterized in that a disk-shaped piezoelectric element is used, and a gap in an electrode plate is provided on a concentric basic vibration node.
JP16978380U 1980-11-26 1980-11-26 electroacoustic transducer Expired JPS602717Y2 (en)

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JPS5791398U JPS5791398U (en) 1982-06-05
JPS602717Y2 true JPS602717Y2 (en) 1985-01-25

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