TW201839754A - 壓電音響零件 - Google Patents

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田村雅英
砂原忠男
濱田紘司
太
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Abstract

提供一種即使噪音大的場所也可聽複數音階的音之壓電音響零件。 　　壓電發音元件(11)是由金屬製的振動板(12)及設於振動板(12)的至少一面上的壓電元件(15)所構成。振動板(12)的非固定部是具備：彼此對向的一對的長邊(13A)，及長度比該長邊(13A)更短的彼此對向的一對的短邊(13B)，在一對的長邊(13A)中具有在彼此接近的方向成為凸的一對的凹部(13C)。壓電元件(15)是被設在振動板(12)的一對的凹部(13C)之間的區域上，振動板(12)的非固定部(13)及壓電元件(15)的各個的輪廓形狀會被制定成：對於將一對的短邊(13B)二分的第1假想線(PL1)成為對稱，且對於將一對的長邊(13A)二分的第2假想線(PL2)成為對稱。

Description

壓電音響零件
本發明是有關壓電發音元件被收納於具備放音孔的音箱內，可在複數音階份的頻率範圍中取得預定以上的音壓之壓電音響零件。
在日本特許第3436205號公報(專利文獻1)的圖7中揭示一種將在輪廓形狀為四角形的金屬製的振動板貼附了輪廓形狀為四角形的壓電元件之壓電振動體收納於附放音孔的音箱之壓電音響零件。此壓電音響零件是可在廣的頻率範圍出音，所謂的壓電喇叭。 [先前技術文獻] [專利文獻] 　　[專利文獻1] 日本特許第3436205號公報
(發明所欲解決的課題) 　　就專利文獻1所示的壓電音響零件而言，可使用的頻率範圍雖廣，但音壓低，例如像屋外或汽車的車內等那樣有噪音之處有無法可聽的情況。為此被要求能確實地可聽複數音階的音之壓電音響零件。 　　本發明的目的是在於提供一種即使噪音大的場所也可聽複數音階的音之壓電音響零件。 (用以解決課題的手段) 　　本發明是以具備壓電發音元件及音箱而成的壓電音響零件作為改良的對象， 　　該壓電發音元件，係由金屬製的振動板及被設在振動板的至少一面上的壓電元件所成； 　　音箱，其係被構成為將壓電發音元件的振動板的外周部予以全周固定，在壓電發音元件的兩側形成第1空間與第2空間，在與第1空間對向的壁部形成有1個以上的放音孔，藉由第1空間的容積與1個以上的放音孔來構成共振器。 　　在本發明的壓電音響零件中，位於振動板的外周部的內側的非固定部分，係具備：彼此對向的一對的長邊，及長度比該長邊更短的彼此對向的一對的短邊，在一對的長邊中具有在彼此接近的方向成為凸的一對的凹部。 　　而且，壓電元件，係被設在振動板的非固定部的一對的凹部之間的區域上， 　　振動板及壓電元件的各個的輪廓形狀係被制定成：對於將一對的短邊二分的第1假想線成為對稱，且對於將一對的長邊二分的第2假想線成為對稱。 　　又，長邊的長度L1與短邊的長度W1的比L1/W1係被制定成為進入1.25~1.75的範圍。 　　而且，以輸入正弦波訊號作為輸入訊號時的1次共振頻率，及3次共振頻率，以及1次共振頻率與3次共振頻率之間的中間頻率的音壓會分別形成80dB以上之方式構成共振器。 　　特別是以1次共振頻率與中間頻率之間的最小音壓及中間頻率與3次共振頻率之間的最小音壓也會形成80dB以上之方式構成共振器為理想。 　　又，亦可以1次共振頻率與3次共振頻率之間的中間頻率的音壓會形成1次共振頻率的音壓及3次共振頻率的音壓以上之方式構成共振器。 　　由於利用所謂的非固定部為矩形狀的金屬製的振動板之壓電音響零件是比利用圓形或楕圓形等的振動板之壓電音響零件更少在安裝時發生的無法使用的空間(Dead space)，因此就使用壓電音響零件的製品而言預料有一定的需要。然而在使用矩形的金屬製的振動板時，難在預定的頻率範圍中取得某程度大的音壓。發明者發現若使用在一對的長邊具有凹部的振動板，則1次共振頻率的音壓與3次共振頻率的頻率不太變大，且可取得在各個的共振頻率的音壓無大的差的頻率特性。又，發明者發現若在音箱設置設有預定的放音孔的共振器，則可增大1次共振頻率與3次共振頻率之間的中間頻率區域的音壓。根據該等的見解，若根據本發明，則可取得能在複數音階份的頻率範圍取得80dB以上的音壓之壓電音響零件。其結果，若根據本發明，則使用利用所謂的矩形狀的金屬製的振動板之壓電發音元件，即使在噪音大的場所也可聽。 　　音箱是亦可具備形成與振動板的非固定部的輪廓形狀同一形狀的開口部，具備固定振動板的外周部的發音元件夾具。若利用如此的發音元件夾具，則振動板的非固定部的輪廓形狀是形成依據開口部的形狀來決定。其結果，作為振動板的形狀是可使用矩形，可降低振動板的加工價格。 　　一對的短邊是亦可具備傾斜至彼此接近兩端部的方向的一對的傾斜部。若設置如此的一對的傾斜部，則可藉由改變傾斜部的傾斜角度來提高頻率特性的音壓。 　　振動板的非固定部的凹部的形狀是可各種的形狀可利用。代表性的凹部的形狀是構成具備：與第1假想線平行延伸的平行直線部，及從該平行直線部的兩端部彼此分離且朝向對應的長邊的剩餘部分延伸的一對的傾斜直線部。 　　此情況，壓電元件的輪廓是使用具備一對的直線部及彎曲部者為理想， 　　該一對的直線部是沿著一對的凹部的各個的平行直線部， 　　該彎曲部是以在藉由與一對的凹部的第2假想線延伸的方向對向的一對的傾斜直線部所夾的區域內朝向一對的短邊成為凸之方式彎曲。 　　藉由適當地改變壓電元件的彎曲的曲率，可調整1次共振頻率與3次共振頻率之間的頻率差。 　　又，振動板的非固定部的凹部是亦可構成具備：與第2假想線平行延伸的平行直線部，及從該平行直線部的兩端部彼此分離且以朝向凹部內成為凸之方式彎曲的一對的凸狀彎曲部。 　　此情況也壓電元件的輪廓是具備一對的直線部及彎曲部為理想， 　　該一對的直線部是沿著一對的凹部的各個的平行直線部， 　　該彎曲部是以在藉由一對的凹部的一對的凸狀彎曲部所夾的區域內朝向一對的短邊成為凸之方式彎曲。 　　此情況也可藉由適當地改變壓電元件的彎曲部的彎曲的曲率來調整1次共振頻率與3次共振頻率之間的頻率差。 　　而且，振動板的非固定部的凹部是由以朝向第2假想線成為凸之方式彎曲的彎曲凹部所成，壓電元件的輪廓是亦可具備：沿著一對的前述彎曲凹部且以在藉由一對的彎曲凹部所夾的區域內朝向一對的短邊成為凸之方式彎曲的彎曲部。 　　另外，作為朝向汽車的車內或車外的警報使用之類的情況的實用性的條件是如其次般為理想。振動板的非固定部是由厚度為10μm~150μm之鐵中調配鎳的合金製板所成，壓電元件是具有層疊複數層厚度為10μm~35μm的PZT陶瓷的構造，將壓電元件黏著於振動板的丙烯系黏著劑的蕭式D硬度為75~85，且厚度為1μm~10μm為理想。 　　而且，在約2kHz~約3kHz之間，取得某程度的音壓時，在具備壓電發音元件及音箱而成的壓電音響零件中，採用其次的構成， 　　該壓電發音元件是由金屬製的振動板及被設在振動板的至少一面上的壓電元件所成， 　　該音箱是被構成為將壓電發音元件的振動板的外周部予以全周固定，在壓電發音元件的兩側形成第1空間與第2空間，在與第1空間對向的壁部形成有1個以上的放音孔。 　　亦即，位於振動板的外周部的內側的非固定部分是具備：彼此對向的一對的長邊，及長度比該長邊更短的彼此對向的一對的短邊，在一對的長邊中具有在彼此接近的方向成為凸的一對的凹部。 　　壓電元件是被設在振動板的非固定部的一對的凹部之間的區域上。 　　而且，振動板及壓電元件的各個的輪廓形狀是被制定成：對於將一對的短邊二分的第1假想線成為對稱，且對於將一對的長邊二分的第2假想線成為對稱。 　　再加上，長邊的長度L1與短邊的長度W1的比L1/W1是被制定成為進入1.25~1.55的範圍，在振動板的非固定部的凹部的長邊開口的開口部的長度L2與長邊的長度L1的比L2/L1為0.4~0.6，朝向第2假想線的方向的一對的凹部間的尺寸W2與短邊的長度W1的比W2/W1為0.4~0.95。此情況也設置1個以上的放音孔的共振器的1個以上的放音孔的總開口面積及空氣室容量是被制定成：作為輸入訊號輸入正弦波訊號時的1次共振頻率、3次共振頻率及1次共振頻率與3次共振頻率之間的中間頻率的音壓會分別形成80dB以上。而且，此情況，以中間頻率的音壓會形成1次共振頻率的音壓及3次共振頻率的音壓以上之方式設定為理想。特別是以1次共振頻率與中間頻率之間的最小音壓及中間頻率與3次共振頻率之間的最小音壓會分別形成80dB以上之方式構成共振器為理想。此情況，L1/W1為1.40~1.45，L2/L1為0.45~0.55，W2/W1為0.55~0.59為理想。
以下，參照圖面來說明有關本發明的壓電音響零件的實施形態。 [第1實施形態] 　　圖1(A)是表示具備本實施形態的壓電發音元件之壓電音響零件1的分解立體圖，圖1(B)是圖1(A)的B-B線分解立體圖。圖2是壓電發音元件的平面圖。另外，在本實施形態中，為了容易理解，而誇張描繪一部分的零件的厚度尺寸。圖1(A)及(B)所示的壓電音響零件1是例如使用於像汽車內那樣在雜音多的環境之中以複數音階的音來產生警報之類的用途的壓電音響零件。 　　壓電音響零件1是具備音箱6，該音箱6是具備在下側音箱半部3與上側音箱半部5之間具有開口部7的發音元件夾具9。下側音箱半部3是藉由聚丙烯等的絶緣樹脂來一體成形，具備長方形狀的底壁部31及從底壁部31的周緣部立起的周壁部32。下側音箱半部3是具備長方形狀的底壁部31及從底壁部31的周緣部立起的周壁部32。上側音箱半部5是藉由聚丙烯等的絶緣樹脂來一體成形，具備長方形狀的上壁部51及從上壁部51的周緣部立起的周壁部32。上側音箱半部5是具備長方形狀的上壁部51及從上壁部51的周緣部下降的周壁部52。上壁部51是在四角落附近形成有4個的放音孔4。 　　發音元件夾具9是藉由低熱膨脹硬質的絶緣樹脂，例如在聚對苯二甲酸丁二酯中添加玻璃等的絶緣樹脂來一體成形，在開口部7的周圍，壓電發音元件11的振動板12會利用黏著來固定。開口部7是呈現與後面詳細說明的壓電發音元件的振動板12的非固定部13的輪廓形狀同一形狀。具體而言，振動板12的非固定部13是具備彼此對向的一對的長邊7A及長度比此長邊7A更短之彼此對向的一對的短邊7B，在一對的長邊7A中具有在彼此接近的方向成為凸的一對的凸部7C。開口部7的輪廓形狀，亦即振動板12的非固定部13的輪廓形狀是具有對於將一對的短邊7B二分的第1假想線PL1成為對稱且對於將一對的長邊7A二分的第2假想線PL2成為對稱的形狀。 　　另外，下側音箱半部3，發音元件夾具9及上側音箱半部5是在周壁部32與周壁部52之間夾著發音元件夾具9的狀態下互相藉由超音波焊著來氣密接合而完成音箱6。藉此在壓電發音元件11被固定於發音元件夾具9的狀態下，在音箱6的內部是在壓電發音元件的兩側形成有第1空間S1及第2空間S2。放音孔4是與第1空間S1連通。第1空間S1會構成共振器的空氣室。 　　如圖2所示般，壓電發音元件11是由金屬製的振動板12及被設在振動板12的至少一面上的壓電元件15所構成。振動板12的非固定部是具備：彼此對向的一對的長邊13A，及長度比該長邊13A更短之彼此對向的一對的短邊13B，在一對的長邊13A中具有在彼此接近的方向成為凸的一對的凹部13C。壓電元件15是被設在振動板12的一對的凹部13C之間的區域上，振動板12的非固定部13及壓電元件15的各個的輪廓形狀會被制定成：對於將一對的短邊13B二分的第1假想線PL1成為對稱，且對於將一對的長邊13A二分的第2假想線PL2成為對稱。凹部13C的形狀是各種的形狀可利用。本實施形態的凹部13C是構成具備：與第1假想線PL1平行延伸的平行直線部13Ca，及從該平行直線部13Ca的兩端部彼此分離且朝向對應的長邊13A的剩餘部分延伸的一對的傾斜直線部13Cb。 　　此情況，壓電元件15的輪廓是具備： 　　一對的直線部15A，其係沿著一對的凹部13C的各個的平行直線部13Ca；及 　　彎曲部15B，其係以在藉由與一對的凹部13C的第2假想線PL2延伸的方向對向的一對的傾斜直線部13Cb所夾的區域內朝向一對的短邊13B成為凸之方式彎曲。 　　藉由適當改變壓電元件15的彎曲部15B的彎曲的曲率，可調整1次共振頻率與3次共振頻率之間的頻率差。 　　在本實施形態中，以前述的振動板12的非固定部13的長邊13A的長度L1與短邊13B的長度W1的比L1/W1能進入1.25~1.75的範圍之方式制定振動板12的非固定部13的形狀，設置1個以上的放音孔的共振器是被制定成為輸入正弦波訊號作為輸入訊號時的1次共振頻率與3次共振頻率之間的中間頻率的音壓會形成1次共振頻率的音壓及3次共振頻率的音壓以上。另外如後面說明般，放音孔的數量為任意。 [實施形態的頻率特性] 　　圖3(A)是表示在利用既存的圓板狀的振動板的非固定部之被稱為壓電蜂鳴器的壓電音響零件中，輸入正弦波訊號作為輸入訊號時的頻率特性的一例。如由此圖得知般，壓電蜂鳴器是在一個的共振頻率只要音壓不高即可(此例是90dB以上)。相對的，圖3(B)是表示在專利文獻1所說明般之被稱為壓電喇叭的振動板呈現矩形狀的壓電音響零件的頻率特性的一例。圖3(C)是表示本實施形態的壓電音響零件的頻率特性的一例。 　　如圖3(B)所示般，在利用矩形狀的振動板的非固定部之壓電喇叭也被要求在廣的頻率範圍中，音壓大致形成平坦(此例是70dB程度範圍的音壓)。如本實施形態般，利用所謂的矩形狀的金屬製的振動板12之壓電音響零件1是與圖3(B)的壓電喇叭同樣，難在預定的頻率範圍中取得某程度大的音壓[在圖3(C)中，頻率特性圖表A為僅壓電發音元件的情況]。 　　發明者發現如本實施形態般，若使用在振動板12的非固定部13的一對的長邊13A具有凹部13C的振動板12，則輸入正弦波訊號作為輸入訊號時的1次共振頻率的音壓與3次共振頻率的頻率不太變大，且可取得各個的共振頻率的音壓80dB以上的頻率特性。又，發明者發現若在音箱6設置預定的放音孔4，則可增大輸入正弦波訊號作為輸入訊號時的1次共振頻率與3次共振頻率之間的中間頻率區域的音壓[參照圖3(C)的頻率特性圖表B]。若根據本實施形態，則在複數音階份的頻率範圍[圖3(C)的例子是大致1.7kHz~大致3.6kHz]可取得80dB以上的音壓。其結果，若根據本實施形態，則可提供一種使用利用所謂的矩形狀的金屬製的振動板之壓電發音元件，即使在噪音大的場所也可聽預定的頻率範圍的音之壓電音響零件。 [振動板的非固定部的形狀的特定] 　　以下說明在上述實施形態中，特定振動板12的非固定部13的形狀之理由。圖4是表示振動板的非固定部為使用錢幣形(圓形，楕圓形等)(A)，四角形(B)，六角形(C)，八角形(D)及啞鈴形(E)[如本實施形態般在一對的長邊具有一對的凹部的形狀]，且在該等振動板的非固定部的中央部配置實質上同面積的壓電元件時之改變長寬比(長軸或長邊與短軸或短邊的比)的情況的振動板的非固定部的形狀及振動的節段的區域，及測定1次共振頻率與3次共振頻率的頻率的結果。圖4的右端的列是表示長寬比1：1.5時的壓電元件的形狀作為參考例。然後，圖5(A)乃至(E)是表示在改變長寬比的情況中，輸入正弦波訊號作為輸入訊號時的1次共振頻率(◆)，3次共振頻率(■)及中間頻率(▲)的測定結果。另外，中間頻率是與上述實施形態同樣可在音箱設置放音孔來提高音壓的頻率。如比較圖5(A)乃至(E)得知般，若利用在本實施形態採用的啞鈴型的振動板的非固定部，則可擴大1次共振頻率與3次共振頻率，且縮小1次共振頻率與3次共振頻率的差。又，圖6是表示振動板為使用同樣的長寬比的錢幣形(圓形，楕圓形等)(A)，四角形(B)，六角形(C)，八角形(D)及啞鈴形(E)時，僅以壓電發音元件取得的頻率特性。如由圖6得知般，啞鈴形(E)是最可縮小1次共振頻率與3次共振頻率的差。基於如此的情形，特定在本實施形態採用的啞鈴型(E)作為理想的振動板的非固定部的輪廓形狀。 [振動板12的非固定部13的凹部的變形例] 　　圖7(A)乃至(D)是表示確認振動板12的非固定部13的凹部的形狀為不同時，在同樣的長寬比(1：1.3)的情況，1次共振頻率與3次共振頻率的差Δ怎麼樣變化的結果。圖7(A)的凹部13C是與上述實施形態相同者。 　　圖7(B)是振動板12的非固定部13的凹部13C會由以朝向第2假想線成為凸之方式彎曲的彎曲凹部所成，未圖示的壓電元件的輪廓是具備沿著一對的彎曲凹部且以在藉由一對的彎曲凹部所夾的區域內朝向一對的短邊成為凸之方式彎曲的彎曲部的情況。 　　圖7(C)的振動板12的非固定部13的凹部13C是構成具備：與第2假想線平行延伸的平行直線部13Ca，及從該平行直線部13Ca的兩端部彼此分離且以朝向凹部13C內成為凸之方式彎曲的一對的凸狀彎曲部13b’。 　　此情況也未圖示的壓電元件的輪廓是具備： 　　一對的直線部，其係沿著一對的凹部13C的各個的平行直線部13Ca；及 　　彎曲部，其係以在藉由一對的凹部的一對的凸狀彎曲部13b’所夾的區域內朝向一對的短邊成為凸之方式彎曲。 　　此情況也藉由適當改變壓電元件的彎曲的曲率，可調整1次共振頻率與3次共振頻率之間的頻率差。 [壓電元件的形狀] 　　圖8(A)及(B)是表示在改變壓電元件15的形狀尺寸的情況中，輸入正弦波訊號作為輸入訊號時的壓電音響零件的頻率特性的變化。圖8(A)是表示將振動板12的長寬比1設為1：1.3，將壓電元件(PZT陶瓷)的寬度尺寸(沿著第2假想線PL2的方向的尺寸)設為13mm一定，改變沿著第1假想線PL1的方向的長度尺寸(圖2的彎曲部15B的突出尺寸)時的頻率特性的變化，圖8(B)是表示在將壓電元件的形狀形成矩形狀的情況，將振動板12的長寬比1設為1：1.3，將壓電元件(PZT陶瓷)的寬度尺寸(沿著第2假想線PL2的方向的尺寸)設為13mm一定，改變沿著第1假想線PL1的方向的長度尺寸時的頻率特性的變化。由圖8(A)及(B)可知，沿著第1假想線PL1的方向的長度尺寸及形狀影響第1共振頻率及第2共振頻率的音壓。在圖8(A)及(B)的下部區域是表示分別顯示作為對象的壓電元件的形狀的壓電發音元件(a)乃至(j)的平面圖。由圖8(A)及(B)是若拉長沿著第1假想線PL1的方向的長度尺寸，則1次共振頻率與3次共振頻率的音壓會上昇，但若太拉長，則1次共振頻率的音壓與3次共振頻率的音壓的差會極端地變大。此傾向是沿著壓電元件的第1假想線PL1的方向的形狀為完全的矩形狀的情況[圖8(B)]會此傾向較強。只要考慮如此的傾向來設定壓電元件的形狀即可。 　　圖9是表示在比圖8的情況更擴大同樣的長寬比的情況(1：1.4)，改變壓電元件的寬度尺寸W2(沿著第2假想線PL2的方向的尺寸)與長度尺寸L(沿著第1假想線PL1的方向的尺寸))時，輸入正弦波訊號作為輸入訊號時的頻率特性。如比較圖8與圖9得知般，若擴大長寬比，則1次共振頻率的音壓與3次共振頻率的音壓的差會變大，但在拉長壓電元件的長度尺寸時，1次共振頻率的音壓與3次共振頻率的音壓的差不會變大，且在頻率高的範圍中不產生大的偏差於音壓。實際上，考慮由圖8及圖9得知的傾向，適當地調整壓電元件的形狀及尺寸。 [共振器(音箱的放音孔)的效果] 　　圖10是表示在本實施形態中，將共振器的放音孔的總開口面積以前腔的容積(共振器的空氣室容量)作為一例，從1.8cc改變至10cc的容積的情況中，試驗輸入正弦波訊號作為輸入訊號時的頻率特性怎麼樣改變的結果。另外，在此試驗中，將振動板的長寬比設為1：1.3，將壓電元件的形狀以錢幣形來固定寬度尺寸於10mm，固定長度尺寸於15mm。為了在此狀態下改變放音孔的總開口面積，而設置1個的放音孔，且將其直徑在2.5mm~9.9mm的範圍對應於前腔的容積來變更。另外，在圖10中，fcav是中間頻率的値。由圖10可知，一旦太擴大總開口面積(e的情況)，則只要放音孔的總開口面積為適當的範圍，中間頻率的値也不大改變，且中間頻率的音壓也不產生大的差。又，圖11是表示針對放音孔的總開口面積不太改變，將放音孔的數量從1個改變至5個的情況的影響進行試驗的結果。前腔的容積為7.5cc時，最可取得1次共振頻率的音壓與3次共振頻率的音壓的差不會變大，且高音壓的頻率特性，因此前腔的容積是選擇7.5cc。放音孔的數量以外的試驗條件是與圖10的試驗的情況相同。由圖11可知，只要總開口面積不變，則放音孔的數量是不影響頻率特性。因此，由此結果可知，放音孔的數量是只要為1個以上即可。另外，此結論是在本實施形態中被導出的結論，在共振器的構成改變的情況的全部，是否為可謂共通的結果不明確。 [實施例的條件] 　　在上述的各試驗使用的壓電發音元件及共振器(音箱與放音孔)是符合以下的條件者。振動板12的非固定部13是由厚度為10μm~150μm之鐵中調配鎳的合金製的板所成為理想。並且，壓電元件是具有層疊複數層厚度為10μm~35μm的PZT陶瓷的構造為理想。而且，將壓電元件黏著於振動板的丙烯系的黏著劑的蕭式D硬度為75~85，且厚度為1μm~10μm為理想。 [第2實施形態] 　　圖12(A)及(B)是第2實施形態的壓電音響零件1的半部切斷立體圖及其分解立體圖，圖13(A)是在第2實施形態使用的壓電發音元件11的平面圖，圖13(B)是壓電發音元件的背面圖。第2實施形態是壓電發音元件11的形狀及放音孔4的位置以及數量，和圖1及圖2所示的第1實施形態不同。其他的點是沒有與第1實施形態不同之處。於是在圖12及圖13中，對於和圖1及圖2所示的第1實施形態同樣的部分，附上和為了說明圖1及圖2而使用的符號同樣的符號，省略說明。在本實施形態中，壓電發音元件11的振動板12為呈現矩形形狀，壓電元件15會被貼附於振動板12的背面。在本實施形態中也是振動板12的非固定部13的輪廓形狀形成所謂的啞鈴形。 　　若根據此構成，則不須對振動板12實施特別的加工。並且，本實施形態是在上側音箱半部5的上壁部51的中央形成有1個的放音孔4。圖14(A)是表示不使用共鳴器(下側音箱半部3)，以壓電發音元件11單體測定的音壓-頻率特性，圖14(B)是表示使用共鳴器的壓電音響零件的音壓-頻率特性。如比較圖14(A)及(B)得知般，在1.7kHz~3kHz的範圍中，音壓上昇。 [振動板的非固定部的形狀的變形例] 　　圖15(A)及(B)是表示在第2實施形態使用的壓電發音元件11的變形例。此壓電發音元件11的振動板12的啞鈴形的非固定部13的輪廓形狀是一對的短邊13B分別具備傾斜至彼此接近兩端部的方向之一對的傾斜部13Ba。若設置如此的一對的傾斜部13Ba，則可藉由改變傾斜部13Ba的傾斜角度來進行提高頻率特性的高次諧波成分的改善。亦即，若採用此壓電發音元件11的形狀，則可進行使在圖17A以箭號所示的頻率部分的音壓增加的改善。在圖16(A)乃至(D)是表示使此壓電發音元件以1次振動模式振動的情況，以3次振動模式振動的情況，以4次振動模式振動的情況，以5次振動模式振動的情況的振動板12的振動狀態的圖。在該等的圖中，白的部分是變形而成為凸的部分，黑的部分是變形而成為凹的部分。圖17(A)是表示不使用共鳴器(下側音箱半部3)以壓電發音元件11單體測定的音壓-頻率特性，圖17(B)是表示使用共鳴器的壓電音響零件的音壓-頻率特性。如比較圖14(A)及(B)得知般，在1.7kHz~3kHz的範圍中，音壓比改善前更上昇。 [第3實施形態] 　　圖18(A)及(B)是在第3實施形態的壓電音響零件所使用的壓電發音元件11的平面圖及背面圖。第3實施形態是壓電發音元件11的形狀，和圖12及圖13所示的第2實施形態不同。其他的點是沒有與第2實施形態不同之處。於是在圖18中，對於和圖12及圖13所示的第2實施形態同樣的部分，附上和為了說明圖12及圖13而使用的符號同樣的符號，省略說明。在本實施形態也是壓電發音元件11的振動板12呈現矩形形狀，壓電元件15會被貼附於振動板12的背面。在本實施形態中，振動板12的非固定部13的輪廓形狀是不具有第1實施形態及第2實施形態的振動板的非固定部13所具有的傾斜直線部，形成所謂的啞鈴形。亦即，凹部13C呈現完全的矩形形狀。若根據此構成，則在振動板12不須實施特別的加工。並且，在本實施形態中，與第2實施形態同樣在上側音箱半部的上壁部的中央形成有1個的放音孔。 　　圖19是表示在本實施形態中將圖18(A)所示的L1：L2設為1：0.2，1：0.3及1：0.4，將L1：W1設為1.25：1，1.5：1，1.75：1及2：1，將W2/W1改變於0.2~1的範圍時，輸入正弦波訊號作為輸入訊號時的1次固有振動數◆與3次固有振動數■的變化的圖。又，圖20是表示在本實施形態中將圖18(A)所示的L1：L2設為1：0.5，1：0.6及1：0.7，將L1：W1設為1.25：1，1.5：1，1.75：1及2：1，將W2/W1改變於0.2~1的範圍時的1次固有振動數◆與3次固有振動數■的變化的圖。 　　又，圖21(A)乃至(C)是只可取得將L1：L2設為1：0.4，將L1：W1設為1.4：1，1.5：1，1.6：1時的壓電發音元件，表示輸入正弦波訊號作為輸入訊號時的音壓-頻率特性的圖。又，圖21(D)乃至(F)是只可取得將L1：L2設為1：0.5，將L1：W1設為1：1，1.4：1，1.5：1，1.6：1時的壓電發音元件，表示輸入正弦波訊號作為輸入訊號時的音壓-頻率特性的圖。又，圖21(G)乃至(I)是只可取得將L1：L2設為1：0.6，將L1：W1設為1：1，1.4：1，1.5：1，1.6：1時的壓電發音元件，表示輸入正弦波訊號作為輸入訊號時的音壓-頻率特性的圖。如看圖19乃至圖21得知般，以長邊的長度L1與短邊的長度W1的比L1/W1會進入1.25~1.75的範圍之方式設定，若將在振動板的非固定部的凹部的長邊開口的開口部的長度L2與長邊的長度L1的比L2/L1設為0.4~0.7，將朝向第2假想線的方向的一對的凹部間的尺寸W2與短邊的長度W1的比W2/W1設為0.4~0.95，則在約2kHz~約3kHz的範圍中，音壓會上昇。將該等的壓電發音元件放入至構成1個以上的共振器的音箱內時，1個以上的放音孔的總開口面積及空氣室容量是被制定成：輸入正弦波訊號作為輸入訊號時的1次共振頻率、3次共振頻率及1次共振頻率與3次共振頻率之間的中間頻率的音壓會分別形成80dB以上。而且，1個以上的放音孔的總開口面積及空氣室容量是被制定成：輸入正弦波訊號作為輸入訊號時的1次共振頻率與3次共振頻率之間的中間頻率的音壓會形成1次共振頻率的音壓及3次共振頻率的音壓以上為理想。 [第4實施形態] 　　第4實施形態是與圖18(A)及(B)所示的第3實施形態同樣，壓電發音元件的振動板呈現矩形形狀，壓電元件被貼附於振動板的背面者，振動板的非固定部的輪廓形狀是不具有第1實施形態及第2實施形態的振動板的非固定部所具有的傾斜直線部，形成所謂的啞鈴形。亦即，凹部(13C)為呈現完全的矩形形狀者。使用的振動板(12)的長邊的長度L1(30mm)與短邊的長度W1(21mm)的比L1/W1為1.43，在振動板的非固定部的凹部的長邊開口的開口部的長度L2(15mm)與長邊的長度L1的比L2/L1為0.5，朝向第2假想線的方向的一對的凹部間的尺寸W2(12mm)與短邊的長度W1的比W2/W1為0.57。並且，在本實施形態中，與第2實施形態同樣，在上側音箱半部的上壁部的中央形成有1個的放音孔(4)。又，振動板(12)的非固定部(13)是由厚度為50μm之鐵中調配鎳的合金製的板所成。又，壓電元件是具有層疊複數層厚度為20μm的PZT陶瓷的構造。而且，將壓電元件黏著於振動板的丙烯系的黏著劑的蕭式D硬度為82，且其厚度約為1~10μm。 　　然後，圖22(A)乃至(E)是表示將放音孔(4)的厚度尺寸設為1mm，將放音孔(4)的半徑及空氣室容量設為5.5mm及6cc，7mm及8cc，8.5mm及10cc，10mm及10cc，11.5mm及14cc時，試驗輸入正弦波訊號作為輸入訊號時的音壓-頻率特性怎麼樣改變的結果。如圖22(A)乃至(E)得知般，無論是哪個的條件，輸入正弦波訊號作為輸入訊號時的1次共振頻率、3次共振頻率及1次共振頻率與3次共振頻率之間的中間頻率的音壓會分別形成80dB以上。並且，在圖22(A)及(B)的例子中，1次共振頻率與3次共振頻率之間的中間頻率的音壓會形成1次共振頻率的音壓及3次共振頻率的音壓以上。在圖22(C)乃至(E)的例子中，在1.8KHz~ 3.2KHz的頻率周圍，1次共振頻率與中間頻率之間的最小音壓及中間頻率與3次共振頻率之間的最小音壓也以形成80dB以上的方式構成共振器。因此，在相當廣的頻率範圍中，音壓會上昇且音壓差變小，有即使在使聲音掃射的情況也聲音形成平坦的優點。 　　另外，有關將放音孔的厚度尺寸設為2mm及3mm的情況雖以同樣的條件進行試驗，但可確認放音孔的厚度尺寸是不影響音壓的變化。又，若L1/W1為1.40~1.45，L2/L1為0.45~0.55，W2/W1為0.55~0.59，則可取得與圖22(C)乃至(E)的例子同樣的音壓―頻率特性。 [產業上的利用可能性] 　　若根據本發明，則可提供一種即使是噪音大的場所，也可聽複數音階的音之壓電音響零件。
1‧‧‧壓電音響零件
3‧‧‧下側音箱半部
4‧‧‧放音孔
5‧‧‧上側音箱半部
6‧‧‧音箱
7‧‧‧開口部
7A‧‧‧長邊
7B‧‧‧短邊
7C‧‧‧凸部
9‧‧‧發音元件夾具
11‧‧‧壓電發音元件
12‧‧‧振動板
13‧‧‧非固定部
13A‧‧‧長邊
13B‧‧‧短邊
13C‧‧‧凹部
13Ca‧‧‧平行直線部
13Cb‧‧‧傾斜直線部
15‧‧‧壓電元件
15A‧‧‧直線部
15B‧‧‧彎曲部
31‧‧‧底壁部
32‧‧‧周壁部
51‧‧‧上壁部
52‧‧‧周壁部
PL1‧‧‧第1假想線
PL2‧‧‧第2假想線
S1‧‧‧第1空間
S2‧‧‧第2空間
圖1(A)是具備本實施形態的壓電發音元件之壓電音響零件的分解立體圖，(B)是圖1(A)的B-B線分解立體圖。 　　圖2是壓電發音元件的平面圖。 　　圖3(A)是表示使用既存的圓板狀的振動板之被稱為壓電蜂鳴器的壓電音響零件的頻率特性的一例的圖，(B)是在專利文獻1所說明般之被稱為壓電喇叭的振動板呈現矩形狀的壓電音響零件的頻率特性的一例的圖，(C)是表示本實施形態的壓電音響零件的頻率特性的一例的圖。 　　圖4是表示振動板為使用錢幣形(圓形，楕圓形等)(A)，四角形(B)、六角形(C)，八角形(D)及啞鈴形(E)，且在該等振動板的中央部配置實質上同面積的壓電元件時之改變長寬比的情況的振動板的形狀及振動的節段的區域，及測定1次共振頻率與3次共振頻率的頻率的結果的圖。 　　圖5(A)乃至(E)是表示改變長寬比的情況的1次共振頻率、3次共振頻率及中間頻率的測定結果的圖。 　　圖6是表示振動板為使用同樣的長寬比的錢幣形(圓形，楕圓形等)(A)，四角形(B)，六角形(C)，八角形(D)及啞鈴形(E)時，僅以壓電發音元件取得的頻率特性的圖。 　　圖7(A)乃至(D)是表示凹部的形狀為不同時，在同樣的長寬比(1：1.3)的情況，確認1次共振頻率與3次共振頻率的差Δ怎麼樣變化的結果的圖。 　　圖8(A)及(B)是表示改變壓電元件的形狀尺寸的情況的壓電音響零件的頻率特性的變化的圖。 　　圖9是表示在比圖8的情況更擴大同樣的長寬比的情況(1：1.4)，改變壓電元件的寬度尺寸W與長度尺寸L時的頻率特性的圖。 　　圖10是表示在改變共振器的放音孔的總開口面積的情況，試驗頻率特性怎麼樣改變的結果的一例的圖。 　　圖11是表示放音孔的總開口面積不太改變，針對將放音孔的數量從1個改變至5個的情況的影響進行試驗的結果的圖。 　　圖12(A)是第2實施形態的壓電音響零件的半部切斷立體圖，(B)是其分解立體圖。 　　圖13(A)是在第2實施形態使用的壓電發音元件的平面圖，(B)是壓電發音元件的背面圖。 　　圖14(A)是表示不使用共鳴器，以壓電發音元件單體測定的音壓-頻率特性的圖，(B)是表示使用共鳴器的壓電音響零件的音壓-頻率特性的圖。 　　圖15(A)及(B)是在第2實施形態使用的壓電發音元件的變形例的平面圖及背面圖。 　　圖16(A)乃至(D)是表示以不同的振動模式振動的壓電振動元件的振動狀態的圖。 　　圖17(A)是表示不使用共鳴器，以壓電發音元件單體測定的音壓-頻率特性的圖，(B)是表示使用共鳴器的壓電音響零件的音壓-頻率特性的圖。 　　圖18(A)及(B)是在第3實施形態的壓電音響零件使用的壓電發音元件的平面圖及背面圖。 　　圖19是表示在第3實施形態中，將L1：L2設為1：0.2，1：0.3及1：04，將L1：W1設為1：1，1.25：1，1.5：1，1.75：1及2：1，將W2/W1改變於0.2~1的範圍時的1次固有振動數◆與3次固有振動數■的變化的圖。 　　圖20是表示在第3實施形態中，將L1：L2設為1：0.5，1：0.6及1：0.7，將L1：W1設為1：1，1.25：1，1.5：1，1.75：1及2：1，將W2/W1改變於0.2~1的範圍時的1次固有振動數◆與3次固有振動數■的變化的圖。 　　圖21(A)乃至(I)是表示在第3實施形態中，僅以改變L1：L2及L1：W1的情況的壓電發音元件所取得的音壓-頻率特性的圖。 　　圖22(A)乃至(E)是表示在第4實施形態中，試驗將放音孔的厚度尺寸設為一定，改變放音孔直徑及空氣室容量時，音壓-頻率特性怎麼樣改變的結果的圖。

Claims (14)

  1. 一種壓電音響零件，係具備壓電發音元件及音箱而成的壓電音響零件， 　　該壓電發音元件，係由金屬製的振動板及被設在前述振動板的至少一面上的壓電元件所成； 　　該音箱，係被構成為將前述壓電發音元件的前述振動板的外周部予以全周固定，在前述壓電發音元件的兩側形成第1空間與第2空間，在與前述第1空間對向的壁部形成有1個以上的放音孔，藉由前述第1空間的容積與前述1個以上的放音孔來構成共振器， 　　其特徵為： 　　位於前述振動板的前述外周部的內側的非固定部分，係具備：彼此對向的一對的長邊，及長度比該長邊更短的彼此對向的一對的短邊，在前述一對的長邊中具有在彼此接近的方向成為凸的一對的凹部， 　　前述壓電元件，係被設在前述振動板的前述非固定部的前述一對的凹部之間的區域上， 　　前述振動板及前述壓電元件的各個的輪廓形狀係被制定成：對於將前述一對的短邊二分的第1假想線成為對稱，且對於將前述一對的長邊二分的第2假想線成為對稱， 　　前述振動板的前述非固定部分的前述長邊的長度L1與前述短邊的長度W1的比L1/W1係被制定成為進入1.25~ 1.75的範圍， 　　以輸入正弦波訊號作為輸入訊號時的1次共振頻率，及3次共振頻率，以及前述1次共振頻率與前述3次共振頻率之間的中間頻率的音壓會分別形成80dB以上之方式構成前述共振器。
  2. 如申請專利範圍第1項之壓電音響零件，其中，以前述中間頻率的音壓會形成前述1次共振頻率的音壓及前述3次共振頻率的音壓以上之方式構成前述共振器。
  3. 如申請專利範圍第1項之壓電音響零件，其中，以前述1次共振頻率與前述中間頻率之間的最小音壓及前述中間頻率與前述3次共振頻率之間的最小音壓會分別形成80dB以上之方式構成前述共振器。
  4. 如申請專利範圍第1項之壓電音響零件，其中，前述音箱，係具備形成與前述振動板的前述非固定部的輪廓形狀同一形狀的開口部，具備固定前述振動板的外周部的發音元件夾具。
  5. 如申請專利範圍第1乃至4項中的任一項所記載之壓電音響零件，其中，前述一對的短邊，係具備傾斜至彼此接近兩端部的方向的一對的傾斜部。
  6. 如申請專利範圍第1乃至5項中的任一項所記載之壓電音響零件，其中，在前述振動板的背面設有前述壓電元件。
  7. 如申請專利範圍第1乃至6項中的任一項所記載之壓電音響零件，其中，前述振動板的前述非固定部的前述凹部，係構成具備：與前述第1假想線平行延伸的平行直線部，及從該平行直線部的兩端部彼此分離且朝向對應的前述長邊的剩餘部分延伸的一對的傾斜直線部， 　　前述壓電元件的輪廓，係具備： 　　一對的直線部，其係沿著一對的前述凹部的各個的前述平行直線部；及 　　彎曲部，其係以在藉由與前述一對的凹部的前述第2假想線延伸的方向對向的一對的傾斜直線部所夾的區域內朝向前述一對的短邊成為凸之方式彎曲。
  8. 如申請專利範圍第1乃至6項中的任一項所記載之壓電音響零件，其中，前述振動板的前述非固定部的前述凹部，係構成具備：與前述第2假想線平行延伸的平行直線部，及從該平行直線部的兩端部彼此分離且以朝向前述凹部內成為凸之方式彎曲的一對的凸狀彎曲部， 　　前述壓電元件的輪廓，係具備： 　　一對的直線部，其係沿著一對的前述凹部的各個的前述平行直線部；及 　　彎曲部，其係以在藉由前述一對的凹部的前述一對的凸狀彎曲部所夾的區域內朝向前述一對的短邊成為凸之方式彎曲。
  9. 如申請專利範圍第1乃至6項中的任一項所記載之壓電音響零件，其中，前述振動板的前述非固定部的前述凹部，係由以朝向前述第2假想線成為凸之方式彎曲的彎曲凹部所成， 　　前述壓電元件的輪廓，係具備：沿著一對的前述彎曲凹部且以在藉由一對的彎曲凹部所夾的區域內朝向前述一對的短邊成為凸之方式彎曲的彎曲部。
  10. 如申請專利範圍第2項之壓電音響零件，其中，前述振動板的非固定部，係由厚度為10μm~150μm之鐵中調配鎳的合金製板所成， 　　前述壓電元件係具有層疊複數層厚度為10μm~35μm的PZT陶瓷的構造， 　　將前述壓電元件黏著於前述振動板的丙烯系黏著劑的蕭式D硬度為75~85，且厚度為1μm~10μm。
  11. 一種壓電音響零件，係具備壓電發音元件及音箱而成的壓電音響零件， 　　該壓電發音元件，係由金屬製的振動板及被設在前述振動板的至少一面上的壓電元件所成； 　　該音箱，係被構成為將前述壓電發音元件的前述振動板的外周部予以全周固定，在前述壓電發音元件的兩側形成第1空間與第2空間，構成在與前述第1空間對向的壁部形成有1個以上的放音孔的共振器， 　　其特徵為： 　　位於前述振動板的前述外周部的內側的非固定部分，係具備：彼此對向的一對的長邊，及長度比該長邊更短的彼此對向的一對的短邊，在前述一對的長邊中具有在彼此接近的方向成為凸的一對的凹部， 　　前述壓電元件，係被設在前述振動板的前述非固定部的前述一對的凹部之間的區域上， 　　前述振動板及前述壓電元件的各個的輪廓形狀係被制定成：對於將前述一對的短邊二分的第1假想線成為對稱，且對於將前述一對的長邊二分的第2假想線成為對稱， 　　前述長邊的長度L1與前述短邊的長度W1的比L1/W1係被制定成為進入1.25~1.75的範圍， 　　在前述振動板的前述非固定部的前述凹部的前述長邊開口的開口部的長度L2與前述長邊的長度L1的比L2/L1為0.4~0.7，朝向前述第2假想線的方向的前述一對的凹部間的尺寸W2與前述短邊的長度W1的比W2/W1為0.4~0.95， 　　前述共振器的前述1個以上的放音孔的總開口面積及空氣室容量，係被制定成：輸入正弦波訊號作為輸入訊號時的1次共振頻率、3次共振頻率及前述1次共振頻率與前述3次共振頻率之間的中間頻率的音壓會分別形成80dB以上。
  12. 如申請專利範圍第11項之壓電音響零件，其中，在前述振動板的背面設有前述壓電元件。
  13. 如申請專利範圍第12項之壓電音響零件，其中，以前述1次共振頻率與前述中間頻率之間的最小音壓及前述中間頻率與前述3次共振頻率之間的最小音壓會分別形成80dB以上之方式構成前述共振器。
  14. 如申請專利範圍第13項之壓電音響零件，其中， 　　前述L1/W1為1.40~1.45， 　　前述L2/L1為0.45~0.55， 　　前述W2/W1為0.55~0.59。
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