JPS6130899A - 圧電スピ−カ - 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】 （発明の産業上の利用分野） 本発明は受話器等に用いられる圧電スピーカに関するも
のである。

（従来技術） 従来、圧電スピーカは第１図に示すように、真鍮、ステ
ンレススチール等の平面金属板１１の上に圧電・磁器板
１２を貼り合わせた形のバイモルフ円形平板振動子が専
ら用いられており、前記バイモルフ円板′１ｒ直接発音
体としたもの、或いは日本音響学会講演論文集（昭和５
８年１０月）２８９〜２９０頁「圧電型スピーカ」に記
載されているように前記バイモルフ円板を駆動素子とし
て利用したものがあり、高音用スピーカ、ブザー等一般
にＩ　ＫＨｚ以上の比較的高い可聴周波数領域で用いら
れている。

また、これとは別に第２図に示すように圧電セラミック
のみからなる円板を振動体２１として用い、円板２１を
わずかに湾曲させて円板２１の周辺部を剛壁２２に接着
させ、円板２１の径伸縮モードを用いたスピーカが提案
されている。

（従来技術の問題点） 近年、スピーカの高性能化とともに、圧電形スピーカに
対しても人間の音声帯域３００）１ｚ〜３５００Ｈｚｌ
カバーしつる広帯域再生、とくに低域再生が強く要求さ
れている。

従来の第１図に示す圧電バイモルフ円板を用いた圧電ス
ピーカで音声帯域を十分カバーするためには、バイモル
フ振動子の共振周波数ｆｒ　を低くすることが重要であ
る。バイモルフ撮動子の共振周波数ｆｒ　ｆ低くするた
めには円板の直径を大きくするかバイモルフ撮動子の厚
さを小さくすれは良い。しかし円板の直径を大きくして
広帯域化を図ろうとする場合は、スピーカの小型化を達
成することができなくなる。とりわけ電話器の受話器に
用いることは不可能となる。バイモルフ振動子の小型化
をはかる場合には、振動子の板厚を小さくすることが極
めて重要となる。第１図の圧電セラミック円板１１はラ
ッピングによる薄板加工により製造されており、研磨上
りで板厚０．１ｒｒ１ｍが限界である。そして第１図の
バイモルフ構造では十分振動板１１．１２を撓ませて効
率良く音響放射を行うことが必要不可決であるため、圧
電セラεツク円板１１に接着される金属板】２の板厚も
０．１ｍｍ程度となる。即ち、どんなに薄い圧電バイモ
ルフ振動板であっても、現在の加工技術からして製造の
歩留まりを考えると板厚は合計０．２ｍｍ以上となシ、
このため音声周波数を十分カバーしうる広帯域再生に必
要な円板の直径は少なくとも５ｃＩＬは必要となる。ま
た性能面に関して、第１図に示すようなバイモルフ円形
平板振動子を用いて圧電スピーカを構成した場合、幾動
板の基本共振周波数に近い２次、３次の高次共振が音声
周波数内において顕著なピークを発生せしめ通話品質の
低下を招くといった欠点がある。

一方、第２図に示したような構造の圧電スピーカでは振
動板が圧電セラミックから成り立っており、機械的な脆
さによる信頼性の欠如、成形の困難さといった欠点があ
る。

（発明の目的） 本発明の目的は圧電スピーカの小型化とともに広帯域再
生に優れ、高感度で出力音圧特性の平担な圧電スピーカ
を実現することにある。

電フィルムと電極とが積層された積層体又は前記有機圧
電フィルムと電極と有機シートが積層された積層体が、
ドーム状湾曲部を有し、該湾曲部の平面形状が円又は橢
円でなるような板状に形成された振動板を備えたことを
特徴とする圧電スピーカである。

（構成に関する説明） 本発明によれば、あらかじめ所定の方向に分極処理を行
った有機圧電フィルムと電極を複数枚積層した有機圧電
フィルム積層体にドーム状湾曲部を形成し、あるいはま
た有機シートの上に電極と有機圧電フィルムか有機圧電
フィルム積層体を接着したものにドーム状湾曲部を形成
し、径伸び振動あるいは撓み振動を強勢に励損させるこ
とにより、小型で高性能の圧電スピーカを得ることがで
きる。

本発明は所定の方向に分極処理がなされた有機圧電フィ
ルムと電極を複数枚積層した有機圧電フィルム積層体を
用いて上記のような構造をとることにより従来の問題点
を解決している。

有機圧電フィルムは、金属、圧電セラミックに比べて弾
性率が小さく、容易に変形を起こしやすく空気との音響
インピーダンス整合の点で優れた材料であるといえる。

しかし、圧電セラミックスに比べ誘電率が小さく、有機
圧電フィルム全電気的に駆動して必要かつ十分な音圧を
得ようとする場合には相当大きな電界強度が必要である
。即ち板厚が数百μｍと厚い有機圧電フィルムを駆動す
るためには、極めて大きな駆動電圧を必要とするため、
本発明では薄い有機圧電フィルムと電極を複数枚積層す
ることにより、小さな駆動電圧でも十分な音圧が得られ
るように工夫がなされている。

第２に本発明による圧電スピーカは有機圧電フィルム積
層体にドーム状湾曲部を形成しているため、径伸び振動
あるいは撓み振動いずれを電気的に励振しても圧電スピ
ーカとして十分な性能を付与することができるものであ
る。耐３図（イ）は２枚（ロ）はｎ枚の有機圧電フィル
ムから出来ており、隣接する有機圧電フィルム３１を分
極の方向が互いに逆向きになるように電極３２と積層し
た有機圧電フィルム積層体を模式的に示したもので必り
、電気端子を図のようにとることにより径伸び振動を強
勢に励損することができる。図中の矢印は分極の向きを
示す。各有機圧電フィルム層３１において分極方向と電
界方向が一様に同相あるいは逆相となるために伸び振動
が強勢に励振されるわけである。第４図（イ）は２枚の
有機圧電フィルムの分極方向を揃えて電極３２と積層し
たもので撓み振動を強勢に励振することが可能である。

第４図（ロ）は第１群４１及び第２群の有機圧電フィル
ム積層体から成り立ち各群の有機圧電フィルムはそれぞ
れ分極方向が逆向きであるように積層されている。

ｔた、第１群４１．第２群４２の積層体の厚みは各々等
しい。つまり、撓み振動の中性線を境に第１群４１．と
第２群４２が配置されている。さらに、第１群４１と第
２群４２の積層体の境界にある有機圧電フィルム４３．
４４の分極の向きは全く同じである。このような構造を
有しているため、第１群の積層体４１が一様に伸びた場
合、これに対し第２群の積層体４２が一様に縮み、全体
として二重矢印で示した方向に撓み変位が発生する。

また、これとは逆向きの電圧が印加されたとき、積層体
４１が一様に縮み、積層体４２が一様に伸びて、全体と
して二重矢印で示した方向と反対の方向に撓み変位が発
生する。このようにして撓み振動が励振されるわけであ
る。

第３図は（イ）または（ロ）Ｋ示したように伸び振動を
強勢に励振することができるようにした構成では第５図
のように第３図（イ）または（ロ）のような断面構造を
有する有機圧電フィルムでできたドーム状撮動板５１０
周辺を固定することにより、径方向に振動板５１が伸び
た場合、二重矢印の方向に変位が生じ、これとは逆に径
方向に振動板５１が縮んだ場合、前記二重矢印とは逆の
方向に変位することになりスピーカとして動作すること
ができる。一方、第４図（イ）または（ロ）に示したよ
うな撓み振動全強勢に励振できるようにしｆｃ構成にお
いても、前述の理由によりｍ５図に示すような振動板５
１の周辺を固定するだけで、スピーカとして動作させる
ことができる。撓み振動を強勢に励振できるようＶＣＬ
、た構成で濱らに支持の安矩化を図る場合、第６図に示
すように、ドーム状嶽動板６１０周辺部分に段差を設け
た構造のスピーカが良好な結果をもたらす、このような
支持構造は、弱いづ−フネスで振ｍを阻害することなく
女定に振動板６１を支持することができるからである。

第３に、有機圧電フィルムは圧′亀セラミックス、出力
背圧周波数特性において暴扛の少ない良好な特性を容易
に得ることができるという長所を有している。

第４に、本発明の圧電スピーカはドーム状に成形された
振動板となっているために、基本共振周波数ｆｒｌと第
２次、第３次の筒次モード共振周波数ｆｒ人　ｆｒ３　
が平面円板振動体と比べて相当離れて存在するため、ｆ
ｒｌをかなり低く設定しても音声帯域が平担で通話品質
の良好な圧電スピーカが実現可能である。また、このド
ーム部分の平面形１よ 状り円形であることが望ましいが橢円であっても本発明
の効果はあまり失なわれない、 以上、成形された儂動板がすべて有機圧電フィルムであ
る圧電スピーカについて詳述してきたが、第７図（イ）
、（ロ）に示すように、マイラー樹脂などの有機シート
７１の上に有機圧電フィルム３１あるいは、有機シート
の上に有機圧電フィルム積層体４０を接着した構成の圧
電スピーカも実現可能である。この場合、径伸び振動の
他に撓み振動も同時に強勢に励振することができる２ 従って圧電スピーカとして使用する場合、第５図、第６
図いずれの構造でも実現可能となる。

さらに本発明の圧電スピーカの発展した構成として、第
８図に示すようにドーム状に成形された有機圧電フィル
ムあるいは有機圧電フィルムと有機フィルムからなる振
動板の中央部分１ｃＩ［ｉを付加した圧電スピーカも実
用性に富むものである。

第８図に示した構成の圧電スピーカでは、均一な厚みを
有する圧電スピーカに比べ、平面ピストン振動を行う領
域が拡大され、さらに低周波化が図れるといった長所を
有する。尚、質量付加の方法として、ドーム状に成形さ
れた振動板の板厚を厚くする方法まｆｃは異種の物質を
接着する方法いずれも可能である。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図Ｉｆｉを参照にして詳
細に説明する。本発明の一実施例として厚さ３０μｍの
有機圧電フィルム４枚を第３図仲）に示すように積層し
、外径４０μｍで、ドームの曲率半径がドームの平面形
状の円の外径よシも大きく縁辺が平面である第５図に示
すような板を振動板９０とし、周辺を固定して圧電スピ
ーカを試作した。

このとき基本共振周波数１．１ＫＨｚを得た。実施例の
圧電スピーカは径伸び撮動を積極的に利用したもので、
振動板が径方向に伸縮したとき、周辺が固定されている
ため面に垂直な方向にピストン状に振動する。また振動
板９０の縁辺部分が平面となっているのは、支持の安定
化及び低周波化に極めて有効である。次に本実施例の圧
電スピーカを第９図に示すような音響撮動系の自由度が
３のキャビネットに収納し、スピーカシステムを構成し
た。第９図において、９０Ｖｉ、８動板、９１Ｖｉキヤ
ビネツト、９２は前気室、　９３は後気室、９４は吸音
材、　　９５は受話口、９６は小穴である。

このうち９４，９５．９６は音響抵抗成分を有し、スピ
ーカシステム全体の共振をダンプさせ出力音圧特性の平
担化に極めて有効となるものでおる。

第９図に示した本発明による圧電スピーカの電圧感度周
波数特性を第１０図に実線で示す。また、直径４０ｍｍ
、板厚０．１ｍｍのＮｉ金属板に０．１ｍｍ厚のジルコ
ン・チタン酸鉛系圧電磁器板を接着した第１図に示すよ
うな従来の圧電バイモルフスピーカを第９図と同様のキ
ャビネットに収納したときの電圧感度周波数特性を破線
で示す。従来の圧電バイモルフスピーカに比べて本発明
に従ったスビカシステムの方が出力音圧特性が広帯域に
亘って平担であり、とりわけ本発明による圧電スピーカ
は従来のものに比べて共振周波数がかなり低いことＫよ
り、ＩＫＨｚ以下の低音域に著しい改善が見られること
は明白である。

本発明の他の実施例として、撓み振動を積極的に利用し
た圧電スピーカについて説明する。この場合、同じく厚
さ３０μｍの有機圧電フィルム４枚を積層し、断面が第
４図（ロ）に示すような構造を有し、外径４０ｍｍ、曲
率判径が外径よりも大きく縁辺が平面でありかつ段のつ
いて第６図に示すようなドーム状成形板６１１振動板と
し、周辺を固定して圧電スピーカを試作した。成形板６
１の縁辺部に段がつけられであるの框、支持の安定化に
極めて有効であることによる。試作した圧電スピーカを
、同じく第９図に示したキャビネットに収納し電圧感度
周波数特性を計測したところ第１０図実線で示した特性
と全く同様の極めて良好な特性を得ることができた。

（発明の効果） 以上、本発明に従えば小型でかつ広帯域にわたって出力
音圧特性の平担な圧電スピーカを容易に実現することが
でき工業的価値も多大である。

【図面の簡単な説明】

第１は従来のバイモルフ圧電スピーカを示す同第２図は
圧電磁器のみからなる円板を振動体として用いた従来の
圧電スピーカを示す図。第３回灯）、（ロ）及び第４図
（イ）、仲）は本発明の圧電スピーカの撮動体の部分的
概略図、第５図及び第６図は本発明の圧電スピーカの撮
動体を示す図、第７図（イ）、（ロ）は別構成の本発明
の圧電スピーカの振動体の部分概略図、第８図は中央部
分に質量を付加した振動体を示す図、第９図性圧電スピ
ーカのキャビネットを示す図、第１０図は従来及び本発
明の圧電スピーカの出力音圧特性図。 属 図において１１は平面金層板、　　１２は圧電磁器板、
　　２１は湾曲した圧電磁器円板、　　２２は剛板、３
１，４３．４４は有機圧電フィルム、３２は電極、４０
，４１．４２　は有機圧電フィルム積層体、５１．６１
は本発明によるドーム状伽動板、７１１１′ｉ有機シー
ト、　　９０は本発明による圧電スピーカ、　　９１は
キャビネット、　　９２は前気室＃ ９３は後気室、　　９４ｔｊ：吸音舅、　　９５は受話
工９６は小穴。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）予め所定の方向に分極処理を行なった有機圧電フ
   ィルムと電極とが積層された積層体又は前記有機圧電フ
   ィルムと電極と有機シートが積層された積層体が、ドー
   ム状湾曲部を有し、該湾曲部の平面形状が円又は橢円で
   あるような板状に形成された振動板を備えたことを特徴
   とする圧電スピーカ。
2. （２）ドーム状湾曲部にはその中心部に質量が付加され
   ている特許請求の範囲第１項記載の圧電スピーカ。
3. （３）ドーム状湾曲部の外縁部は平面になっている特許
   請求の範囲第１項又は第２項記載の圧電スピーカ。