JPS62290299A - 圧電振動素子の駆動部の結合機構 - 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】 ３、発明の詳細な説明 ［産業上の利用分野］ この発明は、圧電振動素子の駆動部における音響振動板
との結合機構に関するものである。

［従来の技術］ 従来、圧電セラミック振動板は圧電性セラミックに電が
面を被着した薄膜体を、これとほぼ同等の厚さで、かつ
弾性率が近似の真鍮板などの金属板の両面（バ・イモル
フ型）、又は片面（ユニモルフ型）に接着させて作成さ
れる。このような圧電セラミック振動板は弾性率が大き
く、その固有振動周波数ｆＯは必然的に可聴音域の高音
側（通常は２　Ｋ　Ｈｚ以上）に来る上に、脆弱性であ
るために機械的に損傷しやすいものである。これは、圧
電セラミック振動板を用いた圧電型セラミックスピーカ
等を実用化する上で著しい障害となっている。

この発明の出願人は、さきに上記障害を解消するために
、特願昭５９−１８６９７９号に開示されているような
圧電振動素子を提案している。このものは、第１０図に
示すように、円形又は矩形の圧電板（圧電振動板）５の
重心点付近に粘弾性層６を介して可変インピーダンス素
子としての重錘７を付設して成る圧電振動素子４である
。この圧電振動素子４は圧電板５の重心点付近の運動の
自由度を拘束することにより、この圧電振動素子４は凹
レンズ状の弯曲変形モードの振動を生起し、圧電振動素
子４の外周縁部４ｅからの起振力Ｆが可聴帯域の振動周
波数に対応して、近似的に定速度性を持つような振動定
数を有する能動素子となるにのような構成の圧電振動素
子４は、起振源として圧電型スピーカ、圧電型マイクロ
ホン等の音響変換器に応用すれば、容易に動作周波数帯
域を拡張し、高い音響変換効率を得ることができる。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記のような圧電振動素子４を用いて音響変換器を構成
する場合に、圧電振動素子４の外周縁部４公を直接に音
響振動板の駆動部に直結すれば、振動エネルギーの授受
の際に見られる圧電振動素子ｔ１の外周縁部４ｏにおけ
る外周縁反射現象が現れ、定在波振動が特定周波数に生
じ、振動の伝達損失が増加するばかりでなく、異常振動
のために圧電セラミック層に切断破壊や感度低下などの
障害を起こしやすいという問題点があった。特に、圧電
振動素子４を駆動部の機械インピーダンスが大きいハニ
カム振動板に適用した場合には、圧電振動素子４が過負
荷動作となって破損するおそれがあり、その動俸上ダイ
ナミックレンジが十分に得られないという問題点があっ
た。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、圧電型音響変換器としての構成上、有害な定在波
振動の発生を防止し、振動の伝達損失を減少して音響変
換効率の向上を計ると共に、圧電板の破損、劣化を防止
し、ダイナミックレンジを拡大できる圧電振動素子の駆
動部の結合機構を得ることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係わる圧電振動素子の駆動部の結合機構は、
圧電振動板の重心点付近に粘弾性層を介して重錘を付設
して成る圧電振動素子と音響振動板の駆動部を結合する
際に、圧電振動素子の外周縁部を、ゴム等の弾性材料か
ら成る結合体を介在して音響振動板の駆動部に結合する
構成としたものである。

［作用コ この発明の圧電振動素子の駆動部の結合機構においては
、圧電振動素子の外周縁部を、ゴム等の弾性材料から成
る結合体を介在して音響振動板の駆動部に結合する構成
としたので、圧電型音響変換器としての構成上、有害な
定在波振動の発生を防止し、振動の伝達損失を減少して
音響変換効率の向上を計ることができる上に、圧電板の
破損。

劣化を防止し、ダイナミックレンジを拡大することがで
きる。

［実施例］ さて、一般に知られている音響用のハニカム振動板は、
クラフト紙等の六角形の蜂の巣形のセルが多数連続して
コア（芯部材）を形成し、その両面に表皮をはり付けて
作られており、このようなハニカム振動板は曲げ剛性が
著しく強大で、しがも軽量であることから、平板形振動
板として優れた特性を有しており、近時各方面で広く使
用されている。ところで、このハニカム振動板に上記圧
電振動素子の外周縁部を直接に付設して励振を行うと、
圧電振動素子とハニカム振動板との結合点における機械
インピーダンスの差異によって、いわゆる不整合（ミス
マツチング）状態になり、上述したような多くの障害が
起こるおそれがある。

しかるに、この発明による圧電振動素子の駆動部の結合
機構を実施することにより、上記のような障害を解消す
ることができる。

第１図及び第２図は、それぞれこの発明の一実施例であ
る圧電振動素子の駆動部の結合機構をハニカム振動板に
適用した場合の構成を示す断面斜視図である。第１図及
び第２図に示すものは単板形駆動方式を示しており、図
において、１はハニカム振動板であり、コア２の両面に
各表皮３ａ。

３ｂを被着して構成される。４は圧電板５（この場合は
円形）の重心点付近に粘弾性層６を介して重錘７を付設
して成る圧電振動素子である。８は短い円筒形の結合体
であり、この結合体８の上部開口の近辺に設けた細溝９
内に圧電振動素子４の外周縁部４ｏを嵌挿して密着接合
する。ここで、細溝９は組立て作業上で便宜的に設けら
れたものであって、あえて細溝９を設けることなく、結
合体８の上端面に圧電振動素子４の外周縁部４ｅを直接
にはり付けても良い。結合体８の底面１０は平坦面とな
し、ハニカム振動板１の駆動面に密着接合する。また、
ｌｌａ、ｌｌｂは圧電板５の電極からの可撓性の引出し
線であり、除振効果のために結合体８の側面を貫通して
外部に導出する。

このような構成において、今冬引出し線１１ａ。

１１ｂ間に信号電圧ｅを印加すれば、圧電振動素子４の
外周縁部４ｅに生起する起振力Ｆが、結合体８を介して
ハニカム振動板１に伝達し、このために、このハニカム
振動板１は励振され、その下面側に放射音Ｐ　Ｏ”放射
することになる。この場合に、結合体８の作用としては
、硬買のハニカム振動板ｌと湾曲しやすい圧電振動素子
４の中間に榎街体として介在し、圧電振動素子４の変形
振動を容易ならしめ、その粘弾性効果によって定在波振
動を吸収して鎮静化し、過剰振幅を抑制して圧電振動素
子４の損傷、劣化を未然に防止する。さらに、このこと
を物理的に云うならば、結合体８は一種のインピーダン
ス変換器として作用し、圧電振動素子４とハニカム振動
板１間の不整合（ミスマツチング）を収り除き、振動の
伝達効率を高め、スピーカの音響変換感度を向上するの
に役立つということになる。また、結合体８の材質は適
用条件により相違するが、一般的に常温の動乍範囲にお
いて、振動エネルギーの吸収性と伝達性の２つの相反す
る条件が゛両立するものが望ましく、普通はＪＩＳゴム
硬度計値で、約３０’〜４０゛程度のニトリル系、ポリ
ウレタン系、ネオプレン系等の合成ゴムを用いることに
より、実用上で満足な結果が得られている。

上記のような単板形駆動方式のセラミックスピーカの実
施上の効果としては、バイモルフ形圧電板（３層構成、
全厚３００μｍ、外径２７龍φ〉を用い、その重心点付
近に厚さ０．８　ｍｍの粘弾性発泡ゴム層を介在して約
３．５ｇの重錘を付設して成る圧電振動素子を、ゴム硬
度４０°、厚さ３．０　ｍｍのニトリルゴム製の結合環
を介在して、外径７０龍φ、厚さ３．０麿■１重さ１．
２ｇの円形ハニカム振動板の中心部に結合した場合の平
均音圧（周波数帯域ＩＫＨｚ　〜１０ＫＨｚ　）は、９
２　ｄＢｓｐＬ／１０Ｖ／３０Ｃ１１（入力信号電圧１
０Ｖ、−、、軸上距Ｎ３０ＣＩＩにおける音圧レベルの
意味）が得られた。これを改良以前の直結法のものと比
較すると、約５ｄＢ以上の感度向上があり、音質的に十
分に満足され、かつ約２０〜３０Ｖ、、、の過大な入力
信号電圧にも耐える安全性の高い圧電スピーカが得られ
た。

かくて、第１図に示すような構成の場合、結合体８の座
高ｈ（結合体８の底面１０と細溝９との間の距離）は、
高音域の伝達性の関係上、約３〜４龍に限定され、鉛製
の重錘７がハニカム振動板１に接触する危険を増す。こ
のような場合は、第２図に示すようにハニカム振動板１
上に開孔１２を開設して重錘７との接触を避けるように
する。

この開孔１２はその縁端部がカンチレバーとなって高域
共振を持ち、同時に圧電板５の強い高音の放射音Ｐ。′
の放出孔として、高音補正に一石二鳥の好結果が得られ
る。

同様の趣旨により、このようなこの発明による結合機構
は、第３図に示すような従来のコーン形振動板１７に適
用することにより、コーン形振動板１７の頂部１８に結
合体８の底面１０を接合したものは、極めて良好な整合
状態を得ることができる。

以上の説明は円形の圧電板５の実施例であるが、第４図
に示すような長方形などの四辺形の圧電振動素子４にも
同様にして適用ができる。この場合は、圧電板５の重心
点付近に長方形の重錘７を粘弾性層６を介して付設して
成る圧電振動素子４の両端縁部を、角棒形の各弾性ゴム
片１９ａ、１９ｂを介在してハニカム振動板１に結合す
るものであり、その振動モードは、第４図に点線で示す
ように湾曲変形振動して大振幅が得られるから、特に低
音用スピーカとして好適なものである。なお、ハニカム
振動板１の中央部には、軟質のクッション片２０を挿入
して過大振動を防止している。また、第４図中で１５は
エツジダンパ、１６は保持枠である。

次に、この発明による結合機構の他の実施例として、第
５図に示すような２枚の圧電板を用いた並列複合形駆動
方式の構成について説明する。第５図に示すものは、２
枚の圧電板５ａ、５ｂはそれぞれの重心点付近が１個の
重錘７を共通にしてその両面の各粘弾性層６ａ、６ｂを
介して相互に結合して複合形圧電振動素子と構成する。

この複台形圧電振動素子の外周縁部は結合体８の２個の
細溝９ａ、９ｂに嵌挿し、各引出し線１１ａ。

１１ｂにより各電極面を並列接続して外部に導出し、信
号電圧ｅを印加するものである。このようにして、２枚
の圧電板５ａ、５ｂの同極性の起振力は結合体８を介し
て相加され、ハニカム振動板１を強く励振する。従って
、上述した単板形駆動方式の場合と比べて約２倍近い駆
動力が得られ、放射音圧レベルは約６ｄＢ増加する。し
かも、２枚の圧電板５ａ、５ｂは並列接続され、スピー
カの内部インピーダンスがおおよそ半減して、音響変換
効率の良いスピーカが得られることになる。

次に、この発明による結合機構の他の実施例として、第
６図に示すような３枚の圧電板を用いた直列複合形駆動
方式の構成について説明する。第６図に示すものは、ま
ず、ハニカム振動板１に近い最下位の圧電板５ａは結合
体８を介在してハニカム振動板１に結合し、さらに圧電
板５ａは中間の圧電板５ｂとそれぞれの重心点付近にお
いて、共通の重錘７ａの両面の粘弾性層６ａ、６ｂを介
して相互に結合し、さらに圧電板５ｂは最上位の圧電板
５Ｃと弾性リング１３を介して結合する。

また、圧電板５ｃの重心点付近は粘弾性層６ｃを介して
重錘７ｂと結合し、全振動系を安定に保持するために、
重錘７ｂを発泡弾性パッド１４を介してエツジダンパ１
５に結合する。第６図に示すような振動系の構成は、い
わゆるローパスフィルタであるから、印加電圧ｅは、第
７図（ａ）に示すような簡単な帯域分割回路を用い、か
つ第７図（ｂ）に示すような印加電圧ｅの特性に帯域分
割して供給する。その結果、第６図に示すハニカム振動
板１の放射音Ｐ。は、第８図に示す周波数レスポンス曲
線に見られるように、周波数ｆｓ　　（約３ＫＨ２）以
上の高音帯域では圧電板５ａが単独で作動するが、周波
数ｆ２〜ｆ３　（約５００〜３０００Ｈｚ　＞の中音帯
域では２枚の圧電板５ａ。

５ｂが共同して作動し、また、周波数ｆ１〜ｆ２（約１
００〜５００Ｈｚ　）の低音帯域では３枚の圧電板５ａ
、５ｂ、５ｃが直列的に相加するように作動し、おおむ
ね第８図の周波数レスポンス曲線において斜線で示すよ
うに補正され、周波数特性は平坦化される。同時に、第
７図（ａ）に示すスピーカ端子（１）〜（２間の内部イ
ンピーダンスＺｉは、第７図（ｂ）に示すように一層平
坦化される。

上記第１図に示す単板形駆動方式、第５図に示す並列複
合形駆動方式、第６図に示す直列複合形駆動方式の各駆
動方式は、それぞれ１個の独立した駆動部として取扱う
ことができる。すなわち、これらを複数個の駆動要素と
して、１枚の大形のハニカム振動板１上の有効な部位に
配設したものは、並列的駆動により十分に大きな駆動力
をもって大形のハニカム振動板１を強力に励振でき、所
望の大きな音響出力が得られる。例えば、第９図に示す
ように４個の駆動要素４ａ、４ｂ、４ｃ。

４ｄを１枚の大形方形のハニカム振動板１の各対角線ａ
−ｂ、ｃ−ｄ上に配置すれば、ハニカム振動板１に固有
の上記各対角線ａ−ｂ、ｃ−ｄｆ！：節線とする分割振
動が抑制され、しかも各駆動要素４ａ〜４（」の起振力
が相加され、十分な駆動力をもって励振するので、全体
的に性能を向上することができる。

［発明の効果］ この発明は以上説明したとおり、圧電振動素子の駆動部
の結合機構において、圧電振動素子の外周縁部を、ゴム
等の弾性材料から成る結合体を介在して音響振動板の駆
動部に結合し、機械インピーダンスの整合を行う構成と
したので、圧電型音響変換器としての構成上、有害な定
在波振動の発生を防止し、振動の伝達損失を減少して音
響変換効率の向上を計ることができる上に、圧電板の破
損、劣化を防止し、ダイナミックレンジを拡大すること
ができるなどの優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、それぞれこの発明の一実施例であ
る圧電振動素子の駆動部の結合機構をハニカム振動板に
適用した場合の構成を示す断面斜視図、第３図はこの発
明の他の実施例である圧電振動素子の駆動部の結合機構
をコーン形振動板に適用した場合の構成を示す断面図、
第４図及び第５図は、それぞれこの発明の他の実施例で
ある圧電振動素子の駆動部の結合機構をハニカム振動板
に適用した場合の構成を示す断面斜視図、第６図はこの
発明の他の実施例である圧電振動素子の駆動部の結合機
構をハニカム振動板に適用した場合の構成を示す断面図
、第７図（ａ＞及び（ｂ）はそれぞれ第６図のハニカム
振動板の振動系に与える印加電圧の回路図及び印加電圧
の特性図、第８図は、第６図のハニカム振動板の放射音
の周波数レスポンス曲線特性図、第９図はこの発明の他
の実施例である圧電振動素子の駆動部の結合機構を大形
のハニカム振動板に適用した場合の構成を示す平面図、
第１０図はこの発明が対象とする圧電振動素子の構成を
示す概略国である。 図において、１・・・ハニカム振動板、２・・・コア、
３ａ、３ｂ・・・表皮、４・・・圧電振動素子、４６・
・・圧電振動素子４の外周縁部、４ａ〜４ｄ・・・駆動
要素、性層、７．７ａ、７ｂ・・・重錘、８・・・結合
体、９赫・・細溝、１０・・・結合体８の底面、ｌｌａ
、ｌｌｂ・・・引出し線、１２・・・開孔、１３・・・
弾性リング、１４・・・発泡弾性パッド、１５・・・エ
ツジダンパ、１６・・・保持枠、１７・・・コーン形振
動板、１８・・・コーン形振動板１７の頂部、１９ａ、
１９ｂ・・・弾性ゴム片、２０・・・クッション片であ
る。 なお、各図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。 特許出願人　　　サワフジ・ダイナメカ株式会社第３図 第４図 １６・　　イＶａ？　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　２ｏ：　　　７　・ン　＞−ｚ　　
ンｈ第　７　図 １１！８　　図 宅

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　圧電振動板の重心点付近に粘弾性層を介して重錘を付
   設して成る圧電振動素子の外周縁部を、弾性材料の結合
   体を介在して音響振動板の駆動部に結合することを特徴
   とする圧電振動素子の駆動部の結合機構。