KR20190130649A - 압전 음향 부품 - Google Patents

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마사히데 타무라
타다오 스나하라
코지 하마다
류타 스즈키
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호쿠리쿠 덴키 고교 가부시키가이샤
안덴 가부시키가이샤
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Abstract

소음이 큰 장소에서도 복수 음계의 소리를 가청 가능한 압전 음향 부품을 제공한다. 압전 발음 소자(11)는 금속제의 진동판(12) 및 진동판(12)의 적어도 편면 상에 설치된 압전 소자(15)로 구성되어 있다. 진동판(12)의 비고정부는 서로 대향하는 한쌍의 장변(13A)과 상기 장변(13A)보다 길이가 짧고 서로 대향하는 한쌍의 단변(13B)을 구비하고, 한쌍의 장변(13A) 중에 서로 근접하는 방향으로 볼록하게 되는 한쌍의 오목부(13C)를 갖고 있다. 압전 소자(15)는 진동판(12)의 한쌍의 오목부(13C) 사이의 영역 상에 설치되어 있고, 진동판(12)의 비고정부(13) 및 압전 소자(15)의 각각의 윤곽 형상이, 한쌍의 단변(13B)을 이분하는 제 1 가상선(PL1)에 대하여 대칭이 되고 또한 한쌍의 장변(13A)을 이분하는 제 2 가상선(PL2)에 대하여 대칭이 되도록 정해져 있다.

Description

압전 음향 부품
본 발명은, 압전 발음 소자가 방음 구멍을 구비한 케이스 내에 수납되어, 복수 음계분의 주파수 범위에 있어서 소정 이상의 음압을 얻을 수 있는 압전 음향 부품에 관한 것이다.
일본 특허 제 3436205호 공보(특허문헌 1)의 도 7에는, 윤곽 형상이 사각형인 금속제의 진동판에 윤곽 형상이 사각형인 압전 소자를 붙인 압전 진동체를 방음 구멍을 가진 케이스에 수납한 압전 음향 부품이 개시되어 있다. 이 압전 음향 부품은, 넓은 주파수 범위에서 음을 낼 수 있는 소위 압전 스피커이다.
일본 특허 제 3436205호 공보
특허문헌 1에 나타내어진 압전 음향 부품에서는, 사용 가능한 주파수 범위는 넓지만 음압이 낮아, 예를 들면, 옥외나, 자동차의 차내 등과 같이 소음이 있는 곳에서는 가청할 수 없는 경우가 있다. 그 때문에 복수 음계의 음을 확실히 가청할 수 있는 압전 음향 부품이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은, 소음이 큰 장소에서도 복수 음계의 음을 가청할 수 있는 압전 음향 부품을 제공하는 것에 있다.
본 발명은, 금속제의 진동판 및 진동판의 적어도 편면 상에 설치된 압전 소자로 이루어진 압전 발음 소자와, 압전 발음 소자의 진동판의 외주부를 전체 둘레에 걸쳐서 고정하고, 압전 발음 소자의 양측에 제 1 공간과 제 2 공간을 형성하도록 구성되고, 제 1 공간과 대향하는 벽부에 1 이상의 방음 구멍이 형성되어서 제 1 공간의 용적과 1 이상의 방음 구멍에 의해 공진기를 구성하고 있는 케이스를 구비하여 이루어지는 압전 음향 부품을 개량의 대상으로 한다. 본 발명의 압전 음향 부품에서는, 진동판의 외주부의 내측에 위치하는 비고정 부분이, 서로 대향하는 한쌍의 장변과 상기 장변보다 길이가 짧고 서로 대향하는 한쌍의 단변을 구비하고, 한쌍의 장변 중에 서로 근접하는 방향으로 볼록하게 되는 한쌍의 오목부를 갖고 있다. 그리고 압전 소자는 진동판 비고정부의 한쌍의 오목부 사이의 영역 상에 설치되어 있고, 진동판 및 압전 소자의 각각의 윤곽 형상이, 한쌍의 단변을 이분하는 제 1 가상선에 대하여 대칭이 되고 또한, 한쌍의 장변을 이분하는 제 2 가상선에 대하여 대칭이 되도록 정해져 있다. 또 장변의 길이(L1)와 단변의 길이(W1)의 비(L1/W1)가 1.25∼1.75의 범위에 들도록 정해져 있다. 그리고 입력 신호로서 정현파 신호를 입력했을 때의 1차 공진 주파수와, 3차 공진 주파수와, 1차 공진 주파수와 3차 공진 주파수 사이의 중간 주파수의 음압이, 각각 80dB 이상으로 되도록 공진기가 구성되어 있다.
특히, 1차 공진 주파수와 중간 주파수 사이의 최소 음압 및 중간 주파수와 3차 공진 주파수 사이의 최소 음압도, 80dB 이상으로 되도록 공진기가 구성되어 있는 것이 바람직하다.
또 1차 공진 주파수와 3차 공진 주파수 사이의 중간 주파수의 음압이, 1차 공진 주파수의 음압 및 3차 공진 주파수의 음압 이상이 되도록, 공진기가 구성되어 있어도 좋다.
소위 비고정부가 직사각 형상의 금속제의 진동판을 사용한 압전 음향 부품은, 원형이나 타원형 등의 진동판을 사용한 압전 음향 부품보다 실장했을 경우에 발생하는 사용할 수 없는 스페이스(데드 스페이스)가 적으므로, 압전 음향 부품이 사용되는 제품에서는 일정한 수요가 예상된다. 그러나 직사각형의 금속제의 진동판을 사용한 경우에는, 소정의 주파수 범위에 있어서 어느 정도 큰 음압을 얻는 것이 어렵다. 발명자는, 한쌍의 장변에 오목부를 갖는 진동판을 사용하면, 1차 공진 주파수의 음압과 3차 공진 주파수의 주파수가 그다지 커지지 않고, 또한 각각의 공진 주파수에 있어서의 음압에 큰 차가 없는 주파수 특성이 얻어지는 것을 찾아냈다. 또 발명자는, 소정의 방음 구멍을 형성한 공진기 케이스에 설치하면, 1차 공진 주파수와 3차 공진 주파수 사이의 중간 주파수 영역에 있어서의 음압을 증대할 수 있는 것을 찾아냈다. 이들 지견에 기초한 본 발명에 의하면, 복수 음계분의 주파수 범위에 걸쳐서 80dB 이상의 음압을 얻을 수 있는 압전 음향 부품을 얻을 수 있다. 그 결과, 본 발명에 의하면, 소위 직사각 형상의 금속제의 진동판을 사용한 압전 발음 소자를 이용하여 소음이 큰 장소에서도 가청할 수 있다.
케이스는, 진동판의 비고정부의 윤곽 형상과 동일형을 이루는 개구부를 구비하고, 진동판의 외주부를 고정하는 발음 소자 홀더를 구비하고 있어도 좋다. 이러한 발음 소자 홀더를 사용하면, 진동판의 비고정부의 윤곽 형상은 개구부의 형상에 의해 결정되게 된다. 그 결과, 진동판의 형상으로서는 직사각형을 사용할 수 있어, 진동판의 가공 가격을 저감할 수 있다.
한쌍의 단변은, 양단부에 서로 근접하는 방향으로 경사지는 한쌍의 경사부를 구비하고 있어도 좋다. 이러한 한쌍의 경사부를 형성하면, 경사부의 경사 각도를 변경함으로써 주파수 특성의 음압을 높일 수 있다.
진동판의 비고정부의 오목부 형상은 여러가지 형상이 이용 가능하다. 대표적인 오목부의 형상은, 제 1 가상선과 평행하게 연장되는 평행 직선부와, 상기 평행 직선부의 양단부로부터 서로 떨어지고 또한 대응하는 장변의 잔부를 향해서 연장되는 한쌍의 경사 직선부를 구비하여 구성되어 있다. 이 경우, 압전 소자의 윤곽은, 한쌍의 오목부 각각의 평행 직선부를 따르는 한쌍의 직선부와, 한쌍의 오목부의 제 2 가상선이 연장되는 방향에 대향하는 한쌍의 경사 직선부에 의해 끼워지는 영역 내에서 한쌍의 단변을 향해서 볼록하게 되도록 만곡하는 만곡부를 구비한 것을 사용하는 것이 바람직하다. 압전 소자의 만곡의 곡률을 적당히 변경함으로써 1차 공진 주파수와 3차 공진 주파수 사이의 주파수 차를 조정할 수 있다.
또 진동판의 비고정부의 오목부는, 제 2 가상선과 평행하게 연장되는 평행 직선부와, 상기 평행 직선부의 양단부로부터 서로 떨어지고 또한 오목부 내를 향해서 볼록하게 되도록 만곡하는 한쌍의 볼록 형상 만곡부를 구비하여 구성되어 있어도 좋다. 이 경우도 압전 소자의 윤곽은, 한쌍의 오목부 각각의 평행 직선부를 따르는 한쌍의 직선부와, 한쌍의 오목부의 상기 한쌍의 볼록 형상 만곡부에 의해 끼워지는 영역 내에서 한쌍의 단변을 향해서 볼록하게 되도록 만곡하는 만곡부를 구비하고 있는 것이 바람직하다. 이 경우에도, 압전 소자 만곡부의 만곡의 곡률을 적당히 변경함으로써 1차 공진 주파수와 3차 공진 주파수 사이의 주파수 차를 조정할 수 있다.
또한 진동판의 비고정부의 오목부는, 제 2 가상선을 향해서 볼록하게 되도록 만곡하는 만곡 오목부로 이루어지고, 압전 소자의 윤곽은, 한쌍의 상기 만곡 오목부를 따르고 또한 한쌍의 만곡 오목부에 의해 끼워진 영역 내에서 한쌍의 단변을 향해서 볼록하게 되도록 만곡하는 만곡부를 구비하고 있어도 좋다.
또 자동차의 차내용 또는 차외용의 알람으로서 사용하는 경우의 실용적인 조건으로서는, 다음과 같이 하는 것이 바람직하다. 진동판의 비고정부는 두께가 10㎛∼150㎛인 철에 니켈을 배합한 합금 제판으로 이루어지고, 압전 소자는 두께가 10㎛∼35㎛인 PZT 세라믹이 복수층 적층된 구조를 갖고 있고, 압전 소자를 진동판에 접착하는 아크릴계 접착제의 쇼어 D 경도가 75∼85이며 또한 두께가 1㎛∼10㎛인 것이 바람직하다.
또한 약 2kHz에서 약 3kHz 사이에서, 어느 정도의 음압을 얻을 경우에는, 금속제의 진동판 및 진동판의 적어도 편면 상에 설치된 압전 소자로 이루어지는 압전 발음 소자와, 압전 발음 소자의 진동판의 외주부를 전체 둘레에 걸쳐서 고정하고, 압전 발음 소자의 양측에 제 1 공간과 제 2 공간을 형성하도록 구성되고, 제 1 공간과 대향하는 벽부에 1 이상의 방음 구멍이 형성되어 있는 케이스를 구비하여 이루어지는 압전 음향 부품에 있어서, 다음의 구성을 채용한다. 즉 진동판의 외주부의 내측에 위치하는 비고정 부분은, 서로 대향하는 한쌍의 장변과 상기 장변보다 길이가 짧게 서로 대향하는 한쌍의 단변을 구비하고, 한쌍의 장변 중에 서로 근접하는 방향으로 볼록하게 되는 한쌍의 오목부를 갖고 있다. 압전 소자는 진동판의 비고정부 한쌍의 오목부 사이의 영역 상에 설치되어 있다. 그리고 진동판 및 압전 소자의 각각의 윤곽 형상이, 한쌍의 단변을 이분하는 제 1 가상선에 대하여 대칭이 되고 또한 한쌍의 장변을 이분하는 제 2 가상선에 대하여 대칭이 되도록 정해져 있다. 또한, 장변의 길이(L1)와 단변의 길이(W1)의 비(L1/W1)가 1.25∼1.55의 범위에 들도록 정해져 있고, 진동판의 비고정부의 오목부의 장변에 개구하는 개구부의 길이(L2)와, 장변의 길이(L1)의 비(L2/L1)가 0.4∼0.6이고, 제 2 가상선을 향하는 방향의 한쌍의 오목부 사이의 치수(W2)와 단변의 길이(W1)의 비(W2/W1)가 0.4∼0.95이다. 이 경우도, 1개 이상의 방음 구멍을 형성한 공진기의 1 이상의 방음 구멍의 총 개구 면적 및 공기 실용량이, 입력 신호로서 정현파 신호를 입력했을 때의 1차 공진 주파수와, 3차 공진 주파수와, 1차 공진 주파수와 3차 공진 주파수 사이의 중간 주파수의 음압이 각각 80dB 이상으로 되도록 정해져 있다. 그리고 이 경우, 중간 주파수의 음압이 1차 공진 주파수의 음압 및 3차 공진 주파수의 음압 이상으로 되도록 정하는 것이 바람직하다. 특히, 1차 공진 주파수와 중간 주파수 사이의 최소 음압 및 중간 주파수와 3차 공진 주파수 사이의 최소 음압이 각각 80dB 이상으로 되도록 공진기가 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, L1/W1이 1.40∼1.45이고, L2/L1가 0.45∼0.55이고, W2/W1가 0.55∼0.59인 것이 바람직하다.
도 1의 (A)는 본 실시형태의 압전 발음 소자를 구비한 압전 음향 부품의 분해 사시도이고, (B)는 도 1 (A)의 B-B선 분해 사시도이다.
도 2는 압전 발음 소자의 평면도이다.
도 3의 (A)는 기존의 원판 형상의 진동판을 사용한 압전 버저라고 불리는 압전 음향 부품의 주파수 특성의 일례를 나타내는 도면이고, (B)는 특허문헌 1에서 설명한 바와 같은 압전 스피커라고 불리는 진동판이 직사각형상을 보이고 있는 압전 음향 부품의 주파수 특성의 일례를 나타내는 도면이고, (C)는 본 실시형태의 압전 음향 부품의 주파수 특성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4는 진동판으로서, 계란형(원형, 타원형 등)(A), 사각형(B), 육각형(C), 팔각형(D) 및 덤벨형(E)을 사용하고, 또한 그것들 진동판의 중앙부에 실질적으로 같은 면적의 압전 소자를 배치했을 때의, 애스펙트비를 바꾼 경우의 진동판의 형상 및 진동의 노드의 영역과, 1차 공진 주파수와 3차 공진 주파수의 주파수를 측정한 결과를 나타내는 도면이다.
도 5의 (A) 내지 (E)는, 애스펙트비를 바꾼 경우의 1차 공진 주파수와 3차 공진 주파수와 중간 주파수의 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 6은 진동판으로서, 같은 애스펙트비의 계란형(원형, 타원형 등)(A), 사각형(B), 육각형(C), 팔각형(D) 및 덤벨형(E)을 사용했을 때로, 압전 발음 소자만으로 얻어지는 주파수 특성을 나타내는 도면이다.
도 7의 (A) 내지 (D)는, 오목부의 형상이 다른 경우에 있어서 같은 애스펙트비(1:1.3)의 경우로, 1차 공진 주파수와 3차 공진 주파수의 차(Δ)가 어떻게 변화되는가를 확인한 결과를 나타내는 도면이다.
도 8의 (A) 및 (B)는 압전 소자의 형상 치수를 바꾼 경우에 있어서의 압전 음향 부품의 주파수 특성의 변화를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 8의 경우보다 같은 애스펙트비를 크게 했을 경우(1:1.4)로, 압전 소자의 폭 치수(W)와 길이 치수(L)를 바꾸었을 때의 주파수 특성을 나타내는 도면이다.
도 10은 공진기의 방음 구멍의 총 개구 면적을 바꾼 경우에 있어서, 주파수 특성이 어떻게 변하는가를 시험한 결과의 일례를 나타내는 도면이다.
도 11은 방음 구멍의 총 개구 면적은 그다지 바꾸지 않고, 방음 구멍의 수를 1개에서 5개로 바꾼 경우의 영향에 대해서 시험한 결과를 나타내는 도면이다.
도 12의 (A)는 제 2 실시형태의 압전 음향 부품의 반부 절단 사시도이고, (B)는 그 분해 사시도이다.
도 13의 (A)는 제 2 실시형태에서 사용하는 압전 발음 소자의 평면도이고, (B)는 압전 발음 소자의 배면도이다.
도 14의 (A)는 공명기를 사용하지 않고 압전 발음 소자 단체로 측정한 음압-주파수 특성을 나타내는 도면이고, (B)는 공명기를 사용한 압전 음향 부품의 음압-주파수 특성을 나타내는 도면이다.
도 15의 (A) 및 (B)는 제 2 실시형태에서 사용하는 압전 발음 소자의 변형예의 평면도 및 배면도이다.
도 16의 (A) 내지 (D)는 다른 진동모드로 진동하는 압전 진동 소자의 진동 상태를 나타내는 도면이다.
도 17의 (A)는 공명기를 사용하지 않고 압전 발음 소자 단체로 측정한 음압-주파수 특성을 나타내는 도면이고, (B)는 공명기를 사용한 압전 음향 부품의 음압-주파수 특성을 나타내는 도면이다.
도 18의 (A) 및 (B)는 제 3 실시형태의 압전 음향 부품에서 사용하는 압전 발음 소자의 평면도 및 배면도이다.
도 19는 제 3 실시형태에 있어서 L1:L2를 1:0.2, 1:0.3 및 1:04로 하고 L1:W1을 1:1, 1.25:1, 1.5:1, 1.75:1 및 2:1로 하고, W2/W1를 0.2∼1의 범위에서 바꾼 경우에 있어서의 1차 고유 진동수(◆)와 3차 고유 진동수(■)의 변화를 나타내는 도면이다.
도 20은 제 3 실시형태에 있어서 L1:L2를 1:0.5, 1:0.6 및 1:0.7로 하고, L1:W1을 1:1, 1.25:1, 1.5:1, 1.75:1 및 2:1로 하고, W2/W1를 0.2∼1의 범위에서 바꾼 경우에 있어서의 1차 고유 진동수(◆)와 3차 고유 진동수(■)의 변화를 나타내는 도면이다.
도 21의 (A) 내지 (I)는 제 3 실시형태에 있어서 L1:L2 및 L1:W1을 바꾼 경우의 압전 발음 소자만으로 얻어지는 음압-주파수 특성을 나타내는 도면이다.
도 22의 (A) 내지 (E)는 제4 실시형태에 있어서 방음 구멍의 두께 치수를 일정하게 하고, 방음 구멍 직경 및 공기 실용량을 바꿨을 때에 음압-주파수 특성이 어떻게 변하는가를 시험한 결과를 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조해서 본 발명의 압전 음향 부품의 실시형태에 대하여 설명한다.
[제 1 실시형태]
도 1(A)는 본 실시형태의 압전 발음 소자를 구비한 압전 음향 부품(1)의 분해 사시도를 나타내고 있고, 도 1(B)는 도 1(A)의 B-B선 분해 사시도이다. 도 2는 압전 발음 소자의 평면도이다. 또, 본 실시형태에서는 이해를 쉽게 하기 위해서, 일부의 부품의 두께 치수를 과장하여 그리고 있다. 도 1의 (A) 및 (B)에 나타내는 압전 음향 부품(1)은, 예를 들면 자동차 내와 같이 잡음이 많은 환경 속에서 복수 음계의 음으로 알람을 발생하는 용도로 사용하는 압전 음향 부품이다.
압전 음향 부품(1)은 하측 케이스 반부(3)와 상측 케이스 반부(5) 사이에 개구부(7)를 갖는 발음 소자 홀더(9)를 구비한 케이스(6)를 구비하고 있다. 하측 케이스 반부(3)는 폴리프로필렌 등의 절연 수지에 의해 일체로 성형되어 있고, 장방형상의 저벽부(31)와 저벽부(31)의 둘레 가장자리부로부터 기립하는 둘레벽부(32)를 구비하고 있다. 하측 케이스 반부(3)는 장방형상의 저벽부(31)와 저벽부(31)의 둘레 가장자리부로부터 기립하는 둘레벽부(32)를 구비하고 있다. 상측 케이스 반부(5)는 폴리프로필렌 등의 절연 수지에 의해 일체로 성형되어 있고, 장방형상의 상벽부(51)와 상벽부(51)의 둘레 가장자리부로부터 기립하는 둘레벽부(32)를 구비하고 있다. 상측 케이스 반부(5)는 장방형상의 상벽부(51)와 상벽부(51)의 둘레 가장자리부로부터 하강하는 둘레벽부(52)를 구비하고 있다. 상벽부(51)에는 네 모퉁이 근방에 4개의 방음 구멍(4)이 형성되어 있다.
발음 소자 홀더(9)는 저열 팽창으로 경질의 절연 수지, 예를 들면 폴리부틸렌테레프탈레이트에 유리가 첨가된 등의 절연 수지에 의해 일체로 성형되어 있고, 개구부(7)의 주위에는 압전 발음 소자(11)의 진동판(12)이 접착을 이용하여 고정된다. 개구부(7)는, 뒤에 상세히 설명하는 압전 발음 소자의 진동판(12)의 비고정부(13)의 윤곽 형상과 동일 형상을 보이고 있다. 구체적으로 진동판(12)의 비고정부(13)는 서로 대향하는 한쌍의 장변(7A)과 이 장변(7A)보다 길이가 짧고 서로 대향하는 한쌍의 단변(7B)을 구비하고, 한쌍의 장변(7A) 중에 서로 근접하는 방향으로 볼록하게 되는 한쌍의 볼록부(7C)를 갖고 있다. 개구부(7)의 윤곽 형상 즉 진동판(12)의 비고정부(13)의 윤곽 형상은, 한쌍의 단변(7B)을 이분하는 제 1 가상선(PL1)에 대하여 대칭이 되고 또한 한쌍의 장변(7A)을 이분하는 제 2 가상선(PL2)에 대하여 대칭이 되는 형상을 갖고 있다.
또 하측 케이스 반부(3)와 발음 소자 홀더(9)와 상측 케이스 반부(5)는, 둘레벽부(32)와 둘레벽부(52) 사이에 발음 소자 홀더(9)를 끼운 상태에서 서로 초음파 용착에 의해 기밀하게 접합되어서 케이스(6)가 완성되어 있다. 이것에 의해 압전 발음 소자(11)가 발음 소자 홀더(9)에 고정된 상태에서, 케이스(6)의 내부에는 압전 발음 소자의 양측에 제 1 공간(S1)과 제 2 공간(S2)이 형성된다. 방음 구멍(4)은 제 1 공간(S1)과 연통하고 있다. 제 1 공간(S1)이 공진기의 공기실을 구성하고 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 압전 발음 소자(11)는 금속제의 진동판(12) 및 진동판(12)의 적어도 편면 상에 설치된 압전 소자(15)로 구성되어 있다. 진동판(12)의 비고정부는, 서로 대향하는 한쌍의 장변(13A)과 상기 장변(13A)보다 길이가 짧고 서로 대향하는 한쌍의 단변(13B)을 구비하고, 한쌍의 장변(13A) 중에 서로 근접하는 방향으로 볼록하게 되는 한쌍의 오목부(13C)를 갖고 있다. 압전 소자(15)는 진동판(12)의 한쌍의 오목부(13C) 사이의 영역 상에 설치되어 있고, 진동판(12)의 비고정부(13) 및 압전 소자(15)의 각각의 윤곽 형상이, 한쌍의 단변(13B)을 이분하는 제 1 가상선(PL1)에 대하여 대칭이 되고 또한 한쌍의 장변(13A)을 이분하는 제 2 가상선(PL2)에 대하여 대칭이 되도록 정해져 있다. 오목부(13C)의 형상은 여러가지 형상이 이용 가능하다. 본 실시형태의 오목부(13C)는 제 1 가상선(PL1)과 평행하게 연장되는 평행 직선부(13Ca)와, 상기 평행 직선부(13Ca)의 양단부로부터 서로 떨어지고 또한 대응하는 장변(13A)의 잔부를 향해서 연장되는 한쌍의 경사 직선부(13Cb)를 구비하여 구성되어 있다. 이 경우, 압전 소자(15)의 윤곽은 한쌍의 오목부(13C) 각각의 평행 직선부(13Ca)를 따르는 한쌍의 직선부(15A)와, 한쌍의 오목부(13C)의 제 2 가상선(PL2)이 연장되는 방향에 대향하는 한쌍의 경사 직선부(13Cb)에 의해 끼워지는 영역 내에서 한쌍의 단변(13B)을 향해서 볼록하게 되도록 만곡하는 만곡부(15B)를 구비하고 있다. 압전 소자(15)의 만곡부(15B)의 만곡 곡률을 적당히 변경시킴으로써, 1차 공진 주파수와 3차 공진 주파수 사이의 주파수 차를 조정할 수 있다.
본 실시형태에서는, 상술의 진동판(12) 비고정부(13)의 장변(13A)의 길이(L1)와 단변(13B)의 길이(W1)의 비(L1/W1)가, 1.25∼1.75의 범위에 들도록 진동판(12)의 비고정부(13)의 형상이 정해져 있고, 1개 이상의 방음 구멍을 형성한 공진기가 입력 신호로서 정현파 신호를 입력했을 때의 1차 공진 주파수와 3차 공진 주파수 사이의 중간 주파수의 음압이, 1차 공진 주파수의 음압 및 3차 공진 주파수의 음압 이상으로 되도록 정해져 있다. 또 뒤에 설명한 바와 같이 방음 구멍의 수는 임의이다.
[실시형태의 주파수 특성]
도 3(A)는 기존의 원판 형상의 진동판의 비고정부를 사용한 압전 버저라고 불리는 압전 음향 부품에, 입력 신호로서 정현파 신호를 입력했을 때의 주파수 특성의 일례를 나타내고 있다. 이 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이 압전 버저에서는, 하나의 공진 주파수에서 음압이 높아지게 되면 좋다(이 예에서는 90dB 이상). 이에 대하여 도 3(B)는 특허문헌 1에서 설명한 바와 같은 압전 스피커라고 불리는 진동판이 직사각형상을 보이고 있는 압전 음향 부품의 주파수 특성의 일례를 나타내고 있다. 도 3(C)는 본 실시형태의 압전 음향 부품의 주파수 특성의 일례를 나타내고 있다.
도 3(B)에 나타낸 바와 같이, 직사각형상의 진동판의 비고정부를 사용하는 압전 스피커에서도, 넓은 주파수 범위에 있어서 음압이 거의 플랫으로 되는 것이 요구된다(이 예에서는, 70dB대의 음압). 본 실시형태와 같이, 소위 직사각형상의 금속제의 진동판(12)을 사용한 압전 음향 부품(1)은, 도 3(B)의 압전 스피커와 마찬가지로, 소정의 주파수 범위에 있어서 어느 정도 큰 음압을 얻는 것이 어렵다[도 3(C)에 있어서, 주파수 특성 그래프 A가 압전 발음 소자만의 경우이다].
발명자는, 본 실시형태와 같이, 진동판(12)의 비고정부(13)의 한쌍의 장변(13A)에 오목부(13C)를 갖는 진동판(12)을 사용하면, 입력 신호로서 정현파 신호를 입력했을 때의 1차 공진 주파수의 음압과 3차 공진 주파수의 주파수가 그다지 커지지 않고, 또한 각각의 공진 주파수에 있어서의 음압 80dB 이상의 주파수 특성이 얻어지는 것을 찾아냈다. 또 발명자는, 소정의 방음 구멍(4)을 케이스(6)에 형성하면, 입력 신호로서 정현파 신호를 입력했을 때의 1차 공진 주파수와 3차 공진 주파수 사이의 중간 주파수 영역에 있어서의 음압을 증대할 수 있는 것을 찾아냈다[도 3(C)의 주파수 특성 그래프 B 참조]. 본 실시형태에 의하면, 복수 음계분의 주파수 범위[도 3(C)의 예에서는, 거의 1.7kHz∼거의 3.6kHz]에 걸쳐 80dB 이상의 음압을 얻을 수 있다. 그 결과, 본 실시형태에 의하면, 소위 직사각형상의 금속제의 진동판을 사용한 압전 발음 소자를 이용하여, 소음이 큰 장소에서도 소정의 주파수 범위의 음을 가청할 수 있는 압전 음향 부품을 제공할 수 있다.
[진동판의 비고정부의 형상의 특정]
상기 실시형태에 있어서, 진동판(12)의 비고정부(13)의 형상을 특정한 이유를 이하에 설명한다. 도 4는 진동판의 비고정부로서, 계란형(원형, 타원형 등)(A), 사각형(B), 육각형(C), 팔각형(D) 및 덤벨형(E)[본 실시형태와 같이 한쌍의 장변에 한쌍의 오목부를 갖는 형상]을 사용하고, 또한 그것들 진동판의 비고정부의 중앙부에 실질적으로 같은 면적의 압전 소자를 배치했을 때의, 애스펙트비(장축 또는 장변과 단축 또는 단변의 비)를 바꾼 경우의 진동판의 비고정부의 형상 및 진동의 노드의 영역과, 1차 공진 주파수와 3차 공진 주파수의 주파수를 측정한 결과를 나타내고 있다. 도 4의 우단의 열은, 애스펙트비 1:1.5일 때의 압전 소자의 형상을 참고예로서 나타내고 있다. 그리고 도 5의 (A) 내지 (E)는, 애스펙트비를 바꾼 경우에 있어서, 입력 신호로서 정현파 신호를 입력했을 때의 1차 공진 주파수(◆)와 3차 공진 주파수(■)와 중간 주파수(▲)의 측정 결과를 나타내고 있다. 또 중간 주파수는, 상기 실시형태와 마찬가지로 케이스에 방음 구멍을 형성해서 음압을 높일 수 있었던 주파수이다. 도 5의 (A) 내지 (E)를 비교하면 알 수 있듯이, 본 실시형태에서 채용하는 덤벨형의 진동판의 비고정부를 사용하면, 1차 공진 주파수와 3차 공진 주파수를 크게 하고, 또한 1차 공진 주파수와 3차 공진 주파수의 차를 좁게 할 수 있다는 것을 알 수 있다. 또 도 6은, 진동판으로서, 같은 애스펙트비의 계란형(원형, 타원형 등)(A), 사각형(B), 육각형(C), 팔각형(D) 및 덤벨형(E)을 사용했을 때로, 압전 발음 소자만으로 얻어지는 주파수 특성을 나타내고 있다. 도 6으로부터 알 수 있듯이, 덤벨형(E)에서는 1차 공진 주파수와 3차 공진 주파수의 차를 가장 작게 할 수 있다. 이러한 것으로부터 본 실시형태에서 채용하고 있는 덤벨형(E)이 바람직한 진동판의 비고정부의 윤곽 형상으로서 특정하였다.
[진동판(12)의 비고정부(13)의 오목부의 변형예]
도 7의 (A) 내지 (D)는 진동판(12)의 비고정부(13)의 오목부의 형상이 다른 경우에 있어서 같은 애스펙트비(1:1.3)의 경우로, 1차 공진 주파수와 3차 공진 주파수의 차(Δ)가 어떻게 변화하는가를 확인한 결과를 나타내고 있다. 도 7(A)의 오목부(13C)는 상기 실시형태와 같은 것이다.
도 7(B)는 진동판(12)의 비고정부(13)의 오목부(13C)가 제 2 가상선을 향해서 볼록하게 되도록 만곡하는 만곡 오목부로 이루어지고, 도시하지 않은 압전 소자의 윤곽은, 한쌍의 만곡 오목부를 따르고 또한 한쌍의 만곡 오목부에 의해 끼워진 영역 내에서 한쌍의 단변을 향해서 볼록하게 되도록 만곡하는 만곡부를 구비하고 있는 경우이다.
도 7(C)의 진동판(12)의 비고정부(13)의 오목부(13C)는, 제 2 가상선과 평행하게 연장되는 평행 직선부(13Ca)와, 상기 평행 직선부(13Ca)의 양단부로부터 서로 떨어지고 또한 오목부(13C) 내를 향해서 볼록하게 되도록 만곡하는 한쌍의 볼록 형상 만곡부(13b')를 구비하여 구성되어 있다. 이 경우도 도시하지 않은 압전 소자의 윤곽은, 한쌍의 오목부(13C) 각각의 평행 직선부(13Ca)를 따르는 한쌍의 직선부와, 한쌍의 오목부의 한쌍의 볼록 형상 만곡부(13b')에 의해 끼워진 영역 내에서 한쌍의 단변을 향해서 볼록하게 되도록 만곡하는 만곡부를 구비하고 있다. 이 경우에도, 압전 소자의 만곡의 곡률을 적당히 변경시킴으로써, 1차 공진 주파수와 3차 공진 주파수 사이의 주파수 차를 조정할 수 있다.
[압전 소자의 형상]
도 8의 (A) 및 (B)는 압전 소자(15)의 형상 치수를 바꾼 경우에 있어서, 입력 신호로서 정현파 신호를 입력했을 때의 압전 음향 부품의 주파수 특성의 변화를 나타내고 있다. 도 8(A)는 진동판(12)의 애스펙트비 1을 1:1.3으로 하고, 압전 소자(PZT 세라믹)의 폭 치수(제 2 가상선(PL2)을 따르는 방향의 치수) 13mm 일정하게 해서, 제 1 가상선(PL1)을 따르는 방향의 길이 치수(도 2의 만곡부(15B)의 돌출 치수)를 바꾸었을 때의 둘레 주파수 특성의 변화를 나타내고 있고, 도 8(B)는 압전 소자의 형상을 직사각형상으로 한 경우에 진동판(12)의 애스펙트비 1을 1:1.3으로 하고, 압전 소자(PZT 세라믹)의 폭 치수(제 2 가상선(PL2)을 따르는 방향의 치수) 13mm 일정하게 해서, 제 1 가상선(PL1)을 따르는 방향의 길이 치수를 바꿨을 때의 주파수 특성의 변화를 나타내고 있다. 도 8의 (A) 및 (B)로부터는, 제 1 가상선(PL1)을 따르는 방향의 길이 치수 및 형상이 제 1 공진 주파수 및 제 2 공진 주파수의 음압에 영향이 있다는 것을 알 수 있다. 도 8의 (A) 및 (B)의 하부 영역에는, 각각 대상으로 하는 압전 소자의 형상을 나타낸 압전 발음 소자 (a) 내지 (j)의 평면도를 나타내고 있다. 도 8의 (A) 및 (B)로부터는, 제 1 가상선(PL1)을 따르는 방향의 길이 치수를 길게 하면 1차 공진 주파수와 3차 공진 주파수의 음압이 상승하지만, 지나치게 길게 하면 1차 공진 주파수의 음압과 3차 공진 주파수의 음압의 차가 극단적으로 커진다. 이 경향은, 압전 소자의 제 1 가상선(PL1)을 따르는 방향의 형상이 완전한 직사각형상인 경우[도 8(B)]의 쪽이 이 경향이 강하다. 이러한 경향을 고려해서 압전 소자의 형상을 정하면 좋다.
도 9는 도 8의 경우보다 같은 애스펙트비를 크게 했을 경우(1:1.4)로, 압전 소자의 폭 치수(W2)(제 2 가상선(PL2)을 따르는 방향의 치수)와 길이 치수(L)(제 1 가상선(PL1)을 따르는 방향의 치수)를 바꿨을 때에, 입력 신호로서 정현파 신호를 입력했을 때의 주파수 특성을 나타내고 있다. 도 8과 도 9를 비교하면 알 수 있듯이, 애스펙트비를 크게 하면 1차 공진 주파수의 음압과 3차 공진 주파수의 음압의 차가 커지지만, 압전 소자의 길이 치수를 길게 했을 때에 1차 공진 주파수의 음압과 3차 공진 주파수의 음압의 차가 커지지 않고, 또한 주파수가 높은 범위에 있어서 음압에 큰 편차가 생기지 않는다는 것을 알 수 있다. 실제 상, 도 8 및 도 9로부터 알 수 있는 경향을 고려해서, 압전 소자의 형상과 치수를 적당히 조정하게 된다.
[공진기(케이스의 방음 구멍)의 효과]
도 10은 본 실시형태에 있어서 공진기의 방음 구멍의 총 개구 면적을, 프론트 캐비티의 용적(공진기의 공기실 용량)을 일례로 해서 1.8cc에서 10cc의 용적으로 바꾼 경우에 있어서, 입력 신호로서 정현파 신호를 입력했을 때의 주파수 특성이 어떻게 바뀌는가를 시험한 결과를 나타내고 있다. 또 이 시험에서는, 진동판의 애스펙트비를 1:1.3으로 하고, 압전 소자의 형상을 계란형으로 폭치수를 10mm, 길이 치수를 15mm로 고정하였다. 이 상태에서 방음 구멍의 총 개구 면적을 바꾸기 위해서, 1개의 방음 구멍을 형성하고 또한 그 직경을 2.5mm∼9.9mm의 범위에서 프론트 캐비티의 용적에 대응하여 변경하였다. 또한 도 10에 있어서, fcav는 중간 주파수의 값이다. 도 10으로부터는, 총 개구 면적을 지나치게 크게 하면(e의 경우), 방음 구멍의 총 개구 면적이 적정한 범위이면 중간 주파수의 값도 크게 바뀌지 않고, 또한 중간 주파수의 음압에도 큰 차가 보이지 않는다는 것을 알 수 있다. 또 도 11은, 방음 구멍의 총 개구 면적은 그다지 바꾸지 않고, 방음 구멍의 수를 1개에서 5개로 바꾼 경우의 영향에 대해서 시험한 결과를 나타내고 있다. 프론트 캐비티의 용적이 7.5cc일 때에 가장, 1차 공진 주파수의 음압과 3차 공진 주파수의 음압의 차가 커지지 않고, 또한 고음압인 주파수 특성이 얻어졌기 때문에, 프론트 캐비티의 용적은 7.5cc를 선택했다. 방음 구멍의 수 이외의 시험 조건은, 도 10의 시험의 경우와 같다. 도 11로부터는, 총 개구 면적이 바뀌지 않으면 방음 구멍의 수는 주파수 특성에 영향이 없다는 것을 알 수 있다. 따라서 이 결과로부터는, 방음 구멍의 수는 1 이상이면 바람직하다는 것을 알 수 있다. 또 이 결론은, 본 실시형태에 있어서 도출된 결론이며, 공진기의 구성이 바뀌었을 경우의 전부에 있어서 공통적으로 말할 수 있는 결과인지 아닌지는 분명하지 않다.
[실시예의 조건]
상기 각 시험에서 사용한 압전 발음 소자 및 공진기(케이스와 방음 구멍)는 이하의 조건을 충족시키는 것이었다. 진동판(12)의 비고정부(13)는, 두께가 10㎛∼150㎛의 철에 니켈을 배합한 합금제 판으로 이루어지는 것이 바람직하다. 또 압전 소자는 두께가 10㎛∼35㎛의 PZT 세라믹이 복수층 적층된 구조를 갖고 있는 것이 바람직하다. 또한 압전 소자를 진동판에 접착하는 아크릴계의 접착제의 쇼어 D 경도가 75∼85이고 또한 두께가 1㎛∼10㎛인 것이 바람직하다.
[제 2 실시형태]
도 12의 (A) 및 (B)는 제 2 실시형태의 압전 음향 부품(1)의 반부 절단 사시도 및 그 분해 사시도이고, 도 13(A)는 제 2 실시형태에서 사용하는 압전 발음 소자(11)의 평면도이고, 도 13(B)는 압전 발음 소자의 배면도이다. 제 2 실시형태는 도 1 및 도 2에 나타낸 제 1 실시형태와 압전 발음 소자(11)의 형상 및 방음 구멍(4)의 위치와 수가 다르다. 그 밖의 점은, 제 1 실시형태와 다른 부분은 없다. 그래서 도 12 및 도 13에는, 도 1 및 도 2에 나타낸 제 1 실시형태와 같은 부분에는, 도 1 및 도 2를 설명하기 위해서 사용한 부호와 동일한 부호를 첨부해서 설명을 생략한다. 본 실시형태에서는 압전 발음 소자(11)의 진동판(12)이 직사각형 형상을 보이고 있고, 압전 소자(15)가 진동판(12)의 이면에 붙여져 있다. 본 실시형태에 있어서도 진동판(12)의 비고정부(13)의 윤곽 형상은 소위 덤벨형으로 되어 있다.
이 구성에 의하면, 진동판(12)에 특별한 가공을 실시할 필요가 없다. 또 본 실시형태에서는 상측 케이스 반부(5)의 상벽부(51)의 중앙에 1개의 방음 구멍(4)이 형성되어 있다. 도 14(A)는 공명기(하측 케이스 반부(3))를 사용하지 않고 압전 발음 소자(11) 단체로 측정한 음압-주파수 특성을 나타내고, 도 14(B)는 공명기를 사용한 압전 음향 부품의 음압-주파수 특성을 나타내고 있다. 도 14의 (A) 및 (B)를 비교하면 알 수 있듯이, 1.7kHz∼3kHz의 범위에 있어서 음압이 상승하고 있다.
[진동판의 비고정부의 형상의 변형예]
도 15의 (A) 및 (B)는 제 2 실시형태에서 사용하는 압전 발음 소자(11)의 변형예를 나타내고 있다. 이 압전 발음 소자(11)의 진동판(12)의 덤벨형의 비고정부(13)의 윤곽 형상은, 한쌍의 단변(13B)이 각각 양단부에 서로 근접하는 방향으로 경사지는 한쌍의 경사부(13Ba)를 구비하고 있다. 이러한 한쌍의 경사부(13Ba)를 형성하면, 경사부(13Ba)의 경사 각도를 변경시킴으로써 주파수 특성의 고조파 성분을 높이는 개선을 할 수 있다. 즉 이 압전 발음 소자(11)의 형상을 채용하면, 도 17(A)에 화살표로 나타내는 주파수 부분의 음압을 증가시키는 개선을 할 수 있다. 도 16의 (A) 내지 (D)에는 이 압전 발음 소자를 1차 진동 모드로 진동시킨 경우, 3차 진동 모드로 진동시킨 경우, 4차 진동 모드로 진동시킨 경우, 5차 진동 모드로 진동시킨 경우의 진동판(12)의 진동 상태를 나타내는 도면이다. 이들 도면에 있어서, 흰 부분이 변형해서 볼록하게 되어 있는 부분이며, 검은 부분이 변형해서 오목하게 되어 있는 부분이다. 도 17(A)는 공명기(하측 케이스 반부(3))를 사용하지 않고 압전 발음 소자(11) 단체로 측정한 음압-주파수 특성을 나타내고, 도 17(B)는 공명기를 사용한 압전 음향 부품의 음압-주파수 특성을 나타내고 있다. 도 14의 (A) 및 (B)를 비교하면 알 수 있듯이, 1.7kHz∼3kHz의 범위에 있어서 개선 전보다 음압이 상승하고 있다.
[제 3 실시형태]
도 18의 (A) 및 (B)는 제 3 실시형태의 압전 음향 부품에서 사용하는 압전 발음 소자(11)의 평면도 및 배면도이다. 제 3 실시형태는, 도 12 및 도 13에 나타낸 제 2 실시형태와 압전 발음 소자(11)의 형상이 다르다. 그 밖의 점은, 제 2 실시형태와 다른 부분은 없다. 그래서 도 18에는, 도 12 및 도 13에 나타낸 제 2 실시형태와 같은 부분에는 도 12 및 도 13을 설명하기 위해서 사용한 부호와 동일한 부호를 첨부해서 설명을 생략한다. 본 실시형태에서도 압전 발음 소자(11)의 진동판(12)이 직사각형 형상을 보이고 있고, 압전 소자(15)가 진동판(12)의 이면에 붙여져 있다. 본 실시형태에 있어서는, 진동판(12)의 비고정부(13)의 윤곽 형상은 제 1 실시형태 및 제 2 실시형태의 진동판의 비고정부(13)가 갖는 경사 직선부를 갖고 있지 않은 소위 덤벨형으로 되어 있다. 즉 오목부(13C)가 완전한 직사각형 형상을 보이고 있다. 이 구성에 의하면, 진동판(12)에 특별한 가공을 실시할 필요가 없다. 또 본 실시형태에서는, 제 2 실시형태와 마찬가지로 상측 케이스 반부의 상벽부의 중앙에 1개의 방음 구멍이 형성되어 있다.
도 19는 본 실시형태에 있어서 도 18(A)에 나타낸 L1:L2를 1:0.2, 1:0.3 및 1:0.4로 하고, L1:W1을 1.25:1, 1.5:1, 1.75:1 및 2:1로 하고, W2/W1를 0.2∼1의 범위에서 바꾼 경우에 있어서, 입력 신호로서 정현파 신호를 입력했을 때의 1차 고유 진동수(◆)와 3차 고유 진동수(■)의 변화를 나타내는 도면이다. 또 도 20은 본 실시형태에 있어서 도 18(A)에 나타낸 L1:L2를 1:0.5, 1:0.6 및 1:0.7로 하고, L1:W1을 1.25:1, 1.5:1, 1.75:1 및 2:1로 하고, W2/W1를 0.2∼1의 범위에서 바꾼 경우에 있어서의 1차 고유 진동수(◆)와 3차 고유 진동수(■)의 변화를 나타내는 도면이다.
또 도 21의 (A) 내지 (C)는 L1:L2를 1:0.4로 하고, L1:W1을 1.4:1, 1.5:1, 1.6:1로 한 경우의 압전 발음 소자만으로 얻어지는, 입력 신호로서 정현파 신호를 입력했을 때의 음압-주파수 특성을 나타내는 도면이다. 또 도 21의 (D) 내지 (F)는 L1:L2를 1:0.5로 하고, L1:W1을 1:1, 1.4:1, 1.5:1, 1.6:1로 한 경우의 압전 발음 소자만으로 얻어지는, 입력 신호로서 정현파 신호를 입력했을 때의 음압-주파수 특성을 나타내는 도면이다. 또한 도 21의 (G) 내지 (I)는 L1:L2를 1:0.6으로 하고, L1:W1을 1:1, 1.4:1, 1.5:1, 1.6:1로 한 경우의 압전 발음 소자만으로 얻어지는, 입력 신호로서 정현파 신호를 입력했을 때의 음압-주파수 특성을 나타내는 도면이다. 도 19 내지 도 21을 보면 알 수 있듯이, 장변의 길이(L1)와 단변의 길이(W1)의 비(L1/W1)가 1.25∼1.75의 범위에 들도록 정하고, 진동판의 비고정부의 오목부의 장변에 개구하는 개구부의 길이(L2)와 장변의 길이(L1)의 비(L2/L1)를 0.4∼0.7로 하고, 제 2 가상선을 향하는 방향의 한쌍의 오목부 사이의 치수(W2)와 단변의 길이(W1)의 비(W2/W1)를 0.4∼0.95로 하면, 약 2kHz∼약 3kHz의 범위에 있어서 음압이 상승하고 있다. 이들 압전 발음 소자를 1 이상의 공진기를 구성하는 케이스 내에 넣을 경우, 1 이상의 방음 구멍의 총 개구 면적 및 공기실 용량은, 입력 신호로서 정현파 신호를 입력했을 때의 1차 공진 주파수와, 3차 공진 주파수와, 1차 공진 주파수와 3차 공진 주파수 사이의 중간 주파수의 음압이 각각 80dB 이상으로 되도록 정해진다. 또한 1 이상의 방음 구멍의 총 개구 면적 및 공기실 용량은, 입력 신호로서 정현파 신호를 입력했을 때의 1차 공진 주파수와 3차 공진 주파수 사이의 중간 주파수의 음압이, 1차 공진 주파수의 음압 및 3차 공진 주파수의 음압 이상으로 되도록 정해져 있는 것이 바람직하다.
[제 4 실시형태]
제 4 실시형태는, 도 18의 (A) 및 (B)에 나타낸 제 3 실시형태와 마찬가지로, 압전 발음 소자의 진동판이 직사각형 형상을 보이고 있고, 압전 소자가 진동판의 이면에 붙어 있는 것으로, 진동판의 비고정부의 윤곽 형상은 제 1 실시형태 및 제 2 실시형태의 진동판의 비고정부가 갖는 경사 직선부를 갖고 있지 않은, 소위 덤벨형으로 되어 있다. 즉 오목부(13C)가 완전한 직사각형 형상을 보이고 있는 것이다. 사용한 진동판(12)의 장변의 길이(L1)(30mm)와 단변의 길이(W1)(21mm)의 비(L1/W1)는 1.43이고, 진동판의 비고정부의 오목부의 장변에 개구하는 개구부의 길이(L2)(15mm)와 장변의 길이(L1)의 비(L2/L1)는 0.5이고, 제 2 가상선을 향하는 방향의 한쌍의 오목부 사이의 치수(W2)(12mm)와 단변의 길이(W1)의 비(W2/W1)는 0.57이었다. 또 본 실시형태에서는, 제 2 실시형태와 마찬가지로 상측 케이스 반부의 상벽부의 중앙에 1개의 방음 구멍(4)이 형성되어 있다. 또 진동판(12)의 비고정부(13)는 두께가 50㎛인 철에 니켈을 배합한 합금제의 판으로 이루어진다. 또 압전 소자는 두께가 20㎛인 PZT 세라믹이 복수층 적층된 구조를 갖고 있다. 또한 압전 소자를 진동판에 접착하는 아크릴계의 접착제의 쇼어 D 경도가 82이며 또한 그 두께가 약 1∼10㎛이었다.
그리고 도 22의 (A) 내지 (E)는 방음 구멍(4)의 두께 치수를 1mm로 하고, 방음 구멍(4)의 반경 및 공기실 용량을 5.5mm 및 6cc, 7mm 및 8cc, 8.5mm 및 10cc, 10mm 및 10cc, 그리고 11.5mm 및 14cc로 했을 때에, 입력 신호로서 정현파 신호를 입력했을 때의 음압-주파수 특성이 어떻게 바뀌는가를 시험한 결과를 나타내고 있다. 도 22의 (A) 내지 (E)로부터 알 수 있는 바와 같이, 어느 조건이여도 입력 신호로서 정현파 신호를 입력했을 때의 1차 공진 주파수와, 3차 공진 주파수와, 1차 공진 주파수와 3차 공진 주파수 사이의 중간 주파수의 음압이 각각 80dB 이상으로 되도록 되어 있다. 또 도 22의 (A) 및 (B)의 예에서는, 1차 공진 주파수와 3차 공진 주파수 사이의 중간 주파수의 음압이, 1차 공진 주파수의 음압 및 3차 공진 주파수의 음압 이상으로 되어 있다. 도 22의 (C) 내지 (E)의 예에서는, 1.8KHz∼3.2KHz의 주파수 주위에 있어서, 1차 공진 주파수와 중간 주파수 사이의 최소 음압 및 중간 주파수와 3차 공진 주파수 사이의 최소 음압도 80dB 이상으로 되도록 공진기가 구성되어 있다. 따라서 꽤 넓은 주파수 범위에 있어서, 음압이 상승하고 또한 음압 차가 작아져 있고, 소리를 스윕시킬 경우에 있어서도 음이 플랫하게 되는 이점이 있다.
또 방음 구멍의 두께 치수를 2mm 및 3mm로 한 경우에 대해서 같은 조건으로 시험을 실시하였지만, 방음 구멍의 두께 치수는 음압의 변화에 영향이 없다는 것이 확인되었다. 또 L1/W1이 1.40∼1.45이고, L2/L1가 0.45∼0.55이고, W2/W1가 0.55∼0.59이면, 도 22의 (C) 내지 (E)의 예와 같은 음압-주파수 특성이 얻어진다.
(산업상 이용가능성)
본 발명에 의하면, 소음이 큰 장소에서도 복수 음계의 음을 가청할 수 있는 압전 음향 부품을 제공할 수 있다.
1 : 압전 음향 부품
3 : 하측 케이스 반부
4 : 방음 구멍
5 : 상측 케이스 반부
6 : 케이스
7 : 개구부
7A : 장변
7B : 단변
7C : 볼록부
9 : 발음 소자 홀더
11 : 압전 발음 소자
12 : 진동판
13 : 비고정부
13A : 장변
13B : 단변
13C : 오목부
13Ca : 평행 직선부
13Cb : 경사 직선부
15 : 압전 소자
15A : 직선부
15B : 만곡부
31 : 저벽부
32 : 둘레벽부
51 : 상벽부
52 : 둘레벽부
PL1 : 제 1 가상선
PL2 : 제 2 가상선
S1 : 제 1 공간
S2 : 제 2 공간

Claims (14)

  1. 금속제의 진동판 및 상기 진동판의 적어도 편면 상에 설치된 압전 소자로 이루어지는 압전 발음 소자와,
    상기 압전 발음 소자의 상기 진동판의 외주부를 전체 둘레에 걸쳐서 고정하고, 상기 압전 발음 소자의 양측에 제 1 공간과 제 2 공간을 형성하도록 구성되고, 상기 제 1 공간과 대향하는 벽부에 1 이상의 방음 구멍이 형성되어 상기 제 1 공간의 용적과 상기 1 이상의 방음 구멍에 의해 공진기를 구성하고 있는 케이스를 구비하여 이루어지는 압전 음향 부품으로서,
    상기 진동판의 상기 외주부의 내측에 위치하는 비고정 부분은, 서로 대향하는 한쌍의 장변과 상기 장변보다 길이가 짧고 서로 대향하는 한쌍의 단변을 구비하고, 상기 한쌍의 장변 중에 서로 근접하는 방향으로 볼록하게 되는 한쌍의 오목부를 갖고 있고,
    상기 압전 소자는 상기 진동판의 상기 비고정부의 상기 한쌍의 오목부 사이의 영역 상에 설치되어 있고,
    상기 진동판 및 상기 압전 소자의 각각의 윤곽 형상이, 상기 한쌍의 단변을 이분하는 제 1 가상선에 대하여 대칭이 되고 또한 상기 한쌍의 장변을 이분하는 제 2 가상선에 대하여 대칭이 되도록 정해져 있고,
    상기 진동판의 상기 비고정 부분의 상기 장변의 길이(L1)와 상기 단변의 길이(W1)의 비(L1/W1)가 1.25∼1.75의 범위에 들도록 정해져 있고,
    입력 신호로서 정현파 신호를 입력했을 때의 1차 공진 주파수와, 3차 공진 주파수와, 상기 1차 공진 주파수와 상기 3차 공진 주파수 사이의 중간 주파수의 음압이, 각각 80dB 이상으로 되도록 상기 공진기가 구성되어 있는 압전 음향 부품.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 중간 주파수의 음압이 상기 1차 공진 주파수의 음압 및 상기 3차 공진 주파수의 음압 이상으로 되도록 상기 공진기가 구성되어 있는 압전 음향 부품.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 1차 공진 주파수와 상기 중간 주파수 사이의 최소 음압 및 상기 중간 주파수와 상기 3차 공진 주파수 사이의 최소 음압이, 각각 80dB 이상으로 되도록 상기 공진기가 구성되어 있는 압전 음향 부품.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 진동판의 상기 비고정부의 윤곽 형상과 동일형을 이루는 개구부를 구비하고, 상기 진동판의 외주부를 고정하는 발음 소자 홀더를 구비하고 있는 압전 음향 부품.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 한쌍의 단변은 양단부에 서로 근접하는 방향으로 경사진 한쌍의 경사부를 구비하고 있는 압전 음향 부품.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동판의 이면에 상기 압전 소자가 설치되어 있는 압전 음향 부품.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동판의 상기 비고정부의 상기 오목부는, 상기 제 1 가상선과 평행하게 연장되는 평행 직선부와, 상기 평행 직선부의 양단부로부터 서로 떨어지고 또한 대응하는 상기 장변의 잔부를 향해서 연장되는 한쌍의 경사 직선부를 구비하여 구성되고 있고,
    상기 압전 소자의 윤곽은, 한쌍의 상기 오목부 각각의 상기 평행 직선부를 따르는 한쌍의 직선부와, 상기 한쌍의 오목부의 상기 제 2 가상선이 연장되는 방향에 대향하는 한쌍의 경사 직선부에 의해 끼워지는 영역 내에서 상기 한쌍의 단변을 향해서 볼록하게 되도록 만곡하는 만곡부를 구비하고 있는 압전 음향 부품.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동판의 상기 비고정부의 상기 오목부는, 상기 제 2 가상선과 평행하게 연장되는 평행 직선부와, 상기 평행 직선부의 양단부로부터 서로 떨어지고 또한 상기 오목부 내를 향해서 볼록하게 되도록 만곡하는 한쌍의 볼록 형상 만곡부를 구비하여 구성되어 있고,
    상기 압전 소자의 윤곽은, 한쌍의 상기 오목부의 각각의 상기 평행 직선부를 따르는 한쌍의 직선부와, 상기 한쌍의 오목부의 상기 한쌍의 볼록 형상 만곡부에 의해 끼워지는 영역 내에서 상기 한쌍의 단변을 향해서 볼록하게 되도록 만곡하는 만곡부를 구비하고 있는 압전 음향 부품.
  9. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동판의 상기 비고정부의 상기 오목부는 상기 제 2 가상선을 향해서 볼록하게 되도록 만곡하는 만곡 오목부로 이루어지고,
    상기 압전 소자의 윤곽은 한쌍의 상기 만곡 오목부를 따르고 또한 한쌍의 만곡 오목부에 의해 끼워지는 영역 내에서 상기 한쌍의 단변을 향해서 볼록하게 되도록 만곡하는 만곡부를 구비하고 있는 압전 음향 부품.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 진동판의 비고정부는 두께가 10㎛∼150㎛인 철에 니켈을 배합한 합금제 판으로 이루어지고,
    상기 압전 소자는 두께가 10㎛∼35㎛인 PZT 세라믹이 복수층 적층된 구조를 갖고 있고,
    상기 압전 소자를 상기 진동판에 접착하는 아크릴계 접착제의 쇼어 D 경도가 75∼85이며 또한 두께가 1㎛∼10㎛인 압전 음향 부품.
  11. 금속제의 진동판 및 상기 진동판의 적어도 편면 상에 설치된 압전 소자로 이루어지는 압전 발음 소자와,
    상기 압전 발음 소자의 상기 진동판의 외주부를 전체 둘레에 걸쳐서 고정하고, 상기 압전 발음 소자의 양측에 제 1 공간과 제 2 공간을 형성하도록 구성되고, 상기 제 1 공간과 대향하는 벽부에 1 이상의 방음 구멍이 형성되어 있는 공진기를 구성하는 케이스를 구비하여 이루어지는 압전 음향 부품으로서,
    상기 진동판의 상기 외주부의 내측에 위치하는 비고정 부분은, 서로 대향하는 한쌍의 장변과 상기 장변보다 길이가 짧고 서로 대향하는 한쌍의 단변을 구비하고, 상기 한쌍의 장변 중에 서로 근접하는 방향으로 볼록하게 되는 한쌍의 오목부를 갖고 있고,
    상기 압전 소자는 상기 진동판의 상기 비고정부의 상기 한쌍의 오목부 사이의 영역 상에 설치되어 있고,
    상기 진동판 및 상기 압전 소자의 각각의 윤곽 형상이, 상기 한쌍의 단변을 이분하는 제 1 가상선에 대하여 대칭이 되고 또한 상기 한쌍의 장변을 이분하는 제 2 가상선에 대하여 대칭이 되도록 정해져 있고,
    상기 장변의 길이(L1)와 상기 단변의 길이(W1)의 비(L1/W1)가 1.25∼1.75의 범위에 들도록 정해져 있고,
    상기 진동판의 상기 비고정부의 상기 오목부의 상기 장변에 개구하는 개구부의 길이(L2)와 상기 장변의 길이(L1)의 비(L2/L1)가 0.4∼0.7이고, 상기 제 2 가상선을 향하는 방향의 상기 한쌍의 오목부 사이의 치수(W2)와 상기 단변의 길이(W1)의 비(W2/W1)가 0.4∼0.95이고,
    상기 공진기의 상기 1 이상의 방음 구멍의 총 개구 면적 및 공기실 용량이, 입력 신호로서 정현파 신호를 입력했을 때의 1차 공진 주파수와, 3차 공진 주파수와, 상기 1차 공진 주파수와 상기 3차 공진 주파수 사이의 중간 주파수의 음압이, 각각 80dB 이상으로 되도록 정해져 있는 압전 음향 부품.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 진동판의 이면에 상기 압전 소자가 설치되어 있는 압전 음향 부품.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 1차 공진 주파수와 상기 중간 주파수 사이의 최소 음압 및 상기 중간 주파수와 상기 3차 공진 주파수 사이의 최소 음압이, 각각 80dB 이상으로 되도록 상기 공진기가 구성되어 있는 압전 음향 부품.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 L1/W1이 1.40∼1.45이고,
    상기 L2/L1가 0.45∼0.55이고,
    상기 W2/W1가 0.55∼0.59인 압전 음향 부품.

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