WO2023063368A1 - エキサイタ付きガラス振動板、車両用振動板及び建築物用振動板 - Google Patents

エキサイタ付きガラス振動板、車両用振動板及び建築物用振動板 Download PDF

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WO2023063368A1
WO2023063368A1 PCT/JP2022/038104 JP2022038104W WO2023063368A1 WO 2023063368 A1 WO2023063368 A1 WO 2023063368A1 JP 2022038104 W JP2022038104 W JP 2022038104W WO 2023063368 A1 WO2023063368 A1 WO 2023063368A1
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WO
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diaphragm
glass
exciter
glass diaphragm
mass
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Application number
PCT/JP2022/038104
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研人 櫻井
順 秋山
大輔 内田
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Agc株式会社
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    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60JWINDOWS, WINDSCREENS, NON-FIXED ROOFS, DOORS, OR SIMILAR DEVICES FOR VEHICLES; REMOVABLE EXTERNAL PROTECTIVE COVERINGS SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLES
    • B60J1/00Windows; Windscreens; Accessories therefor
    • B60J1/20Accessories, e.g. wind deflectors, blinds
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00Details of transducers, loudspeakers or microphones
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    • H04R7/02Diaphragms for electromechanical transducers; Cones characterised by the construction
    • H04R7/04Plane diaphragms
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    • H04R7/04Plane diaphragms
    • H04R7/06Plane diaphragms comprising a plurality of sections or layers
    • H04R7/10Plane diaphragms comprising a plurality of sections or layers comprising superposed layers in contact

Definitions

  • the present invention relates to a glass diaphragm with an exciter, a vehicle diaphragm, and a building diaphragm.
  • a desired sound can be generated by vibration of each member such as an electronic device member, a vehicle window member, and an interior member of transportation machinery such as a vehicle.
  • Patent Document 3 includes a diaphragm, a vibration transmission member provided to contact the diaphragm, and a piezoelectric actuator that vibrates the vibration transmission member, and the vibration from the piezoelectric actuator is transmitted through the vibration transmission member. is transmitted to the diaphragm.
  • the lowest resonance frequency of the diaphragm changes according to the weight of the exciter (mass body) and the spring constant between the diaphragm and the exciter (mass body).
  • the spring constant between the diaphragm and the exciter becomes very large, resulting in the vibration of the diaphragm.
  • the lowest resonance frequency shifts to the high frequency side. For this reason, it is theoretically difficult to generate low-pitched sound.
  • a vehicle diaphragm wherein the glass diaphragm of the glass diaphragm with an exciter according to (1) is a vehicle window glass.
  • a building diaphragm wherein the glass diaphragm of the glass diaphragm with an exciter according to (1) is window glass of a building.
  • FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view schematically showing the configuration of the glass diaphragm with an exciter.
  • FIG. 5A is a diagram showing an example of screw connection between a diaphragm-side connection portion and an exciter-side connection portion, and is a schematic cross-sectional view showing a state before connection.
  • FIG. 5B is a diagram showing an example of screw connection between the diaphragm-side connection portion and the exciter-side connection portion, and is a schematic cross-sectional view showing the state after the connection.
  • FIG. 6A is a schematic configuration diagram modeling the connection configuration shown in FIGS. 5A and 5B together with an exciter.
  • FIG. 6B is an explanatory diagram showing a vibration model of the configuration shown in FIG. 6A.
  • FIG. 7A is a schematic configuration diagram of a reference example in which a connection form different from the connection forms shown in FIGS. 5A and 5B is modeled together with an exciter.
  • FIG. 7B is an explanatory diagram showing a vibration model of a reference example in which a connection form different from the connection forms shown in FIGS. 5A and 5B is modeled together with an exciter.
  • FIG. 8A is a schematic diagram showing the form of connection between the glass diaphragm of the glass diaphragm with an exciter and the exciter.
  • FIG. 8B is a schematic diagram showing the form of connection between the glass diaphragm of the exciter-equipped glass diaphragm and the exciter.
  • FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view schematically showing the configuration of the glass diaphragm with an exciter.
  • the connecting portion 15 includes a diaphragm-side connecting portion 15A provided on one main surface 11a of the glass diaphragm 11 and an exciter-side connecting portion 15B provided on the exciter 13 and connecting the exciter 13 to the diaphragm-side connecting portion 15A. and have
  • the mounting piece 31 is preferably connected to the glass diaphragm 11 via a cushioning material (not shown) such as an O-ring.
  • a cushioning material such as an O-ring.
  • the interface between the fastening member 33 and the glass diaphragm 11 may be reinforced with an adhesive or a resin material such as rubber (not shown).
  • the resin material preferably has a linear expansion coefficient of 1 ⁇ 10 ⁇ 5 [/° C.] or more and a Young’s modulus of 1 ⁇ 10 2 MPa or less.
  • each of the diaphragm-side connection portion 15A and the exciter-side connection portion 15B is preferably 20 mm or less, more preferably 10 mm or less, and even more preferably 8 mm or less.
  • the lower limit of the thickness is preferably 0.1 mm or more, more preferably 0.3 mm or more, and even more preferably 0.5 mm or more, from the viewpoint of providing a fastening structure and ensuring the strength of the connecting portion.
  • the diaphragm-side connection portion 15A and the exciter-side connection portion 15B have a screw structure having a male screw 43 and a female screw 47 screwed to each other, they can be easily attached and detached, and a strong connection form can be obtained. .
  • the loosening prevention film 49 can be made of materials such as Teflon (registered trademark) tape, oil, paint, adhesive, nylon resin, and the like.
  • FIG. 6A is a schematic configuration diagram modeling the connection configuration shown in FIGS. 5A and 5B together with the exciter 13.
  • FIG. FIG. 6B is an explanatory diagram showing a vibration model of the configuration shown in FIG. 6A.
  • the glass diaphragm 11 is provided with a diaphragm-side connection portion 15A, and the diaphragm-side connection portion 15A is fixed to the exciter-side connection portion 15B by screw connection.
  • a mass body M is supported via a suspension 25 on the exciter 13 to which the exciter-side connecting portion 15B is connected.
  • the spring constant between the glass diaphragm 11 and the exciter-side connection portion 15B (spring S1) by the diaphragm-side connection portion 15A and the exciter-side connection portion 15B is K1
  • the suspension 25 is assumed to have a spring constant of K2.
  • the combined spring constant k between the glass diaphragm 11 and the mass M is a state in which two springs are connected in series, and is expressed by Equation (3).
  • FIG. 7A is a schematic configuration diagram of a reference example in which a connection form different from the connection forms shown in FIGS. 5A and 5B is modeled together with an exciter.
  • FIG. 7B is an explanatory diagram showing a vibration model of the configuration of the reference example shown in FIG. 7A.
  • the glass diaphragm 11 is provided with a diaphragm-side connection portion 15A, and the diaphragm-side connection portion 15A is fixed to the exciter-side connection portion 15B by screw connection.
  • the combined spring constant k in the case shown in FIGS. 7A and 7B is larger than the combined spring constant k in the case shown in FIGS. 6A and 6B. , it is difficult to keep the combined spring constant k low. Therefore, even if the same material is used, the minimum resonance frequency f0 described above is also higher than in the case shown in FIGS. 6A and 6B.
  • FIG. 8A, 8B, and 8C are schematic diagrams showing connection forms between the glass diaphragm 11 and the exciter 13 of the glass diaphragm 100 with an exciter.
  • the glass diaphragm 100 with an exciter described above has a diaphragm-side connection portion 15A and an exciter-side connection portion 15B between the glass diaphragm 11 and the exciter 13.
  • the diaphragm-side connecting portion may be connected to a concave portion 15A1 formed in the main surface 11a of the glass diaphragm 11.
  • the exciter 13 is fixed to the glass diaphragm 11 with the exciter-side connecting portion 15B inserted into the recess 15A1.
  • a screw connection in which a female screw (not shown) formed on the inner peripheral surface of the concave portion 15A1 of the glass diaphragm 11 and a male screw (not shown) formed on the outer peripheral surface of the exciter-side connecting portion 15B are engaged.
  • mechanical connection forms such as the above-described plug-in connection, caulking connection, and joining using a clamp can be employed. Since the exciter-side connection portion 15B is inserted into the recessed portion 15A1, which is the diaphragm-side connection portion, the connection structure of the exciter 13 can be simplified, and the number of parts can be reduced.
  • the exciter-side connection portion 15B1 may be connected to both the recess 15A2 and the connection piece 15A3 projecting from the main surface 11a of the glass diaphragm 11, or may be connected to either one. In either case, the exciter-side connecting portion 15B1 may be mechanically connected to the concave or convex diaphragm-side connecting portion 15A. Further, in addition to the above-described mechanical connection form, an adhesive, an adhesive, an adhesive tape, or the like may be used together as long as the exciter 13 can be attached and detached.
  • the connecting portion 15 is mechanically connected to the glass diaphragm 11, strongly (with a large spring constant) and detachably connected, and to the exciter 13 with a relatively small spring constant. and the two springs are connected in series.
  • the spring constant k obtained by combining the two springs is obtained by the above-described formula (3), even if the spring constant between the glass diaphragm 11 and the connecting portion 15 becomes large, the combined spring constant k The spring constant k can be kept small. Therefore, the lowering of the lowest resonance frequency f0 can be suppressed, and the reproducibility of the low frequency range can be maintained at a high level.
  • the exciter 13 is connected to the glass diaphragm 11 via the exciter-side connection portion 15B and the diaphragm-side connection portion 15A. Therefore, the exciter 13 can be easily removed from the glass diaphragm 11 by separating the exciter-side connection portion 15B and the diaphragm-side connection portion 15A. Therefore, when the exciter 13 breaks down or is replaced with another type of exciter, the exciter 13 can be easily replaced without damaging the glass diaphragm 11 .
  • the exciter 13 may fall off due to aged deterioration of the adhesive, or the exciter 13 may be misaligned due to creep, which is a long-term characteristic of the adhesive. never In addition, the exciter will not break down due to a sudden impact during transportation, which is preferable.
  • the spring constant of the suspension 25 or the like supporting the mass body M of the exciter 13, the mass m of the vibrating portion 20 of the mass body M, and the connection form of the diaphragm-side connection portion 15A are determined based on the above-described equation (2).
  • the exciter 13 can be fixed under optimum conditions for various forms of the glass diaphragm 11 and various purposes of use.
  • the glass diaphragm 11 may be a single glass plate (single plate), or may be laminated glass in which a plurality of glass plates are laminated and an intermediate layer is provided between these glass plates. In the case of a single plate, the configuration can be simplified and the vibration characteristics can be easily controlled.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of a glass diaphragm 11 made of laminated glass.
  • the glass diaphragm 11 is constructed by laminating a pair of glass plates 71 and 73 and including an intermediate layer 75 between the glass plates 71 and 73 .
  • the shape of the plate surface of the glass diaphragm 11 is arbitrary, and depending on the part to be applied, in plan view, it is square, rectangular, parallelogram, trapezoidal, other polygonal, circular, elliptical, or any of these shapes. Combined shapes are also possible.
  • the total thickness of the glass diaphragm 11 is preferably 2 mm or more, more preferably 3 mm or more, and even more preferably 4 mm or more. As a result, necessary and sufficient strength can be obtained even when applied to vehicles and buildings.
  • the intermediate layer 75 prevents the glass plates 71 and 73 from resonating or attenuates the vibration of the resonance of the glass plates 71 and 73 . Due to the presence of the intermediate layer 75, the glass diaphragm 11 can increase the loss factor compared to the glass plate alone.
  • the damping coefficient can be measured by a test method such as the resonance method, and for example, one calculated by the half-value width method can be used.
  • W is the frequency width at a point -3 dB lower than the peak value of the resonance frequency f and amplitude h of the material, that is, the point at the maximum amplitude -3 [dB].
  • the damping coefficient In order to suppress the resonance vibration, the damping coefficient should be increased.
  • a large attenuation coefficient means that the frequency width W is relatively large with respect to the amplitude h, and the peak is broadened. That is, the larger the damping coefficient, the greater the vibration damping capacity.
  • the attenuation coefficient is a value specific to a material or the like. For example, in
  • the longitudinal wave sound velocity value in the plate thickness direction of the glass diaphragm 11 should be 2.0 ⁇ 10 3 m / s or more because the higher the sound speed, the more the reproducibility of the high frequency sound range is improved when it is made into a diaphragm. , 3.0 ⁇ 10 3 m/s or more, more preferably 4.0 ⁇ 10 3 m/s or more, still more preferably 4.5 ⁇ 10 3 m/s or more, and 5.0 ⁇ 10 3 More than m/s is especially preferable.
  • the longitudinal wave sound velocity value is preferably 7.0 ⁇ 10 3 m/s or less.
  • the longitudinal wave sound velocity value refers to the velocity at which the longitudinal wave propagates in the diaphragm.
  • a longitudinal wave sound velocity value and a Young's modulus, which will be described later, can be measured by an ultrasonic pulse method described in Japanese Industrial Standards (JIS R 1602-1995).
  • the glass diaphragm 11 has a high in-line transmittance, it can be applied as a translucent member. Therefore, the glass diaphragm 11 preferably has a visible light transmittance of 60% or more, more preferably 65% or more, and even more preferably 70% or more, as determined in accordance with Japanese Industrial Standards (JIS R 3106-1998).
  • Examples of the translucent member include transparent speakers, transparent microphones, construction, opening members for vehicles, and the like.
  • the difference between the refractive index of the intermediate layer 75 and the refractive index of the pair of glass plates 71 and 73 in contact with the intermediate layer 75 is preferably 0.2 or less, more preferably 0.1 or less, and even more preferably 0.01 or less. preferable.
  • the glass plates 71 and 73 here may be inorganic glass or organic glass.
  • organic glass PMMA-based resin, PC-based resin, PS-based resin, PET-based resin, cellulose-based resin, etc. can be used as general transparent resins.
  • the resin material a material that can be molded into a flat plate shape or a curved plate shape is preferable.
  • a resin material compounded with a high-hardness filler, carbon fiber, Kevlar fiber, or the like is preferable.
  • the intermediate layer 75 between a plurality of laminated glass plates is preferably a fluid layer, gel or solid film made of fluid such as liquid or liquid crystal.
  • the glass diaphragm 11 can achieve a high loss factor by providing a fluid layer containing liquid as the intermediate layer 75 between at least the pair of glass plates 71 and 73 . Above all, by setting the viscosity and surface tension of the fluid layer within a suitable range, the loss factor can be further increased. It is considered that this is because, unlike the case where the pair of glass plates are provided via an adhesive layer, the pair of glass plates do not adhere to each other and each glass plate maintains its vibration characteristics.
  • the term "fluid” as used herein refers to liquids, semi-solids, mixtures of solid powders and liquids, solid films and gels (jelly-like substances) impregnated with liquids, and fluidity including liquids. It is meant to include everything that has
  • the viscosity coefficient of the fluid layer at 25° C. is more preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 3 Pa ⁇ s or more, and even more preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 2 Pa ⁇ s or more. Further, the viscosity coefficient of the fluid layer at 25° C. is more preferably 1 ⁇ 10 2 Pa ⁇ s or less, and even more preferably 1 ⁇ 10 Pa ⁇ s or less.
  • the surface tension of the fluid layer at 25° C. is more preferably 20 mN/m or more, still more preferably 30 mN/m or more.
  • the viscosity coefficient of the fluid layer can be measured using a rotational viscometer.
  • the surface tension of the fluid layer can be measured by a ring method or the like.
  • the fluid layer preferably has a vapor pressure of 1 ⁇ 10 4 Pa or less at 25° C. and 1 atm, more preferably 5 ⁇ 10 3 Pa or less, even more preferably 1 ⁇ 10 3 Pa or less.
  • a seal or the like may be applied so that the fluid layer does not evaporate. In that case, it is necessary that the sealing material does not interfere with the vibration of the glass diaphragm.
  • the thickness of the fluid layer may be 1/10 or less of the total thickness of the pair of glass plates.
  • the following is preferable, 1/30 or less is more preferable, 1/50 or less is still more preferable, 1/70 or less is particularly preferable, and 1/100 or less is most preferable.
  • the thickness of the fluid layer may be 100 ⁇ m or less, preferably 50 ⁇ m or less, more preferably 30 ⁇ m or less, even more preferably 20 ⁇ m or less, and 15 ⁇ m.
  • the following are particularly preferable, and 10 ⁇ m or less is most preferable.
  • the lower limit of the thickness of the fluid layer is preferably 0.01 ⁇ m or more from the viewpoint of film formability and durability.
  • the fluid layer is chemically stable, and it is preferable that the fluid layer and the pair of glass plates located on both sides of the fluid layer do not react.
  • Chemically stable means, for example, a material that is less altered (deteriorated) by light irradiation, or a material that does not solidify, vaporize, decompose, discolor, or chemically react with glass in a temperature range of at least -20 to 70°C. do.
  • components of the fluid layer include water, oil, organic solvents, liquid polymers, ionic liquids and mixtures thereof. More specifically, propylene glycol, dipropylene glycol, tripropylene glycol, straight silicone oil (dimethyl silicone oil, methylphenyl silicone oil, methyl hydrogen silicone oil), modified silicone oil, acrylic acid polymer, liquid polybutadiene, glycerin Paste, fluorinated solvent, fluorinated resin, acetone, ethanol, xylene, toluene, water, mineral oil, mixtures thereof, and the like.
  • it preferably contains at least one selected from the group consisting of propylene glycol, dimethylsilicone oil, methylphenylsilicone oil, methylhydrogensilicone oil and modified silicone oil, and more preferably contains propylene glycol or silicone oil as the main component.
  • a preferable material is a substance that satisfies any one of the following properties (1) to (3).
  • the thickness of the intermediate layer 75 is 1 mm or less
  • the compression storage modulus is 1.0 ⁇ 10 4 Pa or less at a temperature of 25° C.
  • the compression storage modulus is compression at a temperature of 25° C. and 1 Hz. higher than the loss modulus.
  • the fluidity of the intermediate layer 75 is suppressed and the loss factor is improved.
  • the loss factor of the glass diaphragm is improved by increasing the thickness of the intermediate layer 75, there is a trade-off relationship in which the sound velocity value of the glass diaphragm 11 decreases as the intermediate layer 75 becomes thicker.
  • the material of the intermediate layer 75 satisfies the characteristic (2), so that when the intermediate layer 75 is thin, the glass diaphragm 11 has a higher loss factor and secures a high sound velocity value. can.
  • the thickness of the intermediate layer 75 is more preferably 100 ⁇ m or less, still more preferably 20 ⁇ m or less, and particularly preferably 5 ⁇ m or less, from the viewpoint of obtaining a high damping coefficient of the glass diaphragm 11 .
  • the surface roughness is preferably 0.1 ⁇ m or more, more preferably 1 ⁇ m or more.
  • the material of the intermediate layer 75 preferably has a compression storage elastic modulus of 1.0 ⁇ 10 4 Pa or less at a temperature of 25° C., more preferably 7.0 ⁇ 10 3 Pa or less, and more preferably 5.0 ⁇ 10 3 Pa or less is more preferable. If the material satisfies the characteristic (2), the thinner the film thickness of the intermediate layer 75 is, the higher the loss factor in the glass diaphragm 11 can be obtained. Moreover, from the viewpoint of fluidity, 1.0 ⁇ 10 2 Pa or more is preferable.
  • a gel-like material can also be used as the material of the intermediate layer 75 .
  • a composite material obtained by combining the above materials may be used.
  • the above materials may be used alone or in combination of two or more.
  • the gel-like body has adhesiveness to glass, and it is more preferable that it has at least one of epoxy, urethane, acrylic, silicone, epoxysilicone, phenol, cyanoacrylate, and the like.
  • the curing system is preferably ultraviolet curing, heat curing, two-liquid mixed curing, anaerobic curing, moisture curing, or the like.
  • the ratio of the substance satisfying the above specific properties in the intermediate layer 75 is preferably 10% by mass to 100% by mass, more preferably 30% by mass to 100% by mass, even more preferably 50% by mass to 100% by mass, and 70% by mass. % to 100% by weight is particularly preferred.
  • the material of the intermediate layer 75 may be polyvinyl butyral (PVB), ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA), polyurethane, polyethylene terephthalate, or polycarbonate, which are suitably used as intermediate films for laminated glass. , silicone and the like.
  • ⁇ Glass plate> It is also possible to color at least one of the glass plates constituting the glass diaphragm 11 and at least one of the intermediate layer 75 . This is useful, for example, when the glass diaphragm 11 is desired to have a design, or when functions such as IR cut, UV cut, and privacy glass are added.
  • the values of the peak tops of the resonance frequencies of one glass plate and the other glass plate are different, and it is more preferable that the resonance frequency ranges do not overlap.
  • the resonance frequency ranges of the glass plate 71 and the glass plate 73 overlap or the peak top values are the same, the presence of the intermediate layer 75 causes the resonance of one of the glass plates.
  • the vibration of the other glass plate is not synchronized. As a result, resonance is canceled to some extent, and a higher loss factor can be obtained than in the case of using only the glass plate.
  • the resonance frequency (peak top) of one glass plate 71 is Qa
  • the half width of the resonance amplitude is wa
  • the resonance frequency (peak top) of the other glass plate 73 is Qb
  • the half width of the resonance amplitude is wb, , preferably satisfies the following formula (5). (wa+wb)/4 ⁇
  • ) between the resonance frequencies of the glass plates 71 and 73 increases, resulting in a high loss factor.
  • the resonance of the lighter glass plate can be suppressed by the heavier glass plate, but it is difficult to suppress the resonance of the heavier glass plate by the lighter glass plate. That is, if the mass ratio is biased, the resonance vibrations cannot be canceled out in principle due to the difference in inertial force.
  • the mass ratio of the glass plate 71 and the glass plate 73 represented by (glass plate 71/glass plate 73) is preferably 0.8 to 1.25 (8/10 to 10/8), more preferably 0.9 to 1.1. (9/10 to 10/9) is more preferred, and 1.0 (10/10, mass difference 0) is even more preferred.
  • the composition of the inorganic glass plate 71 and the inorganic glass plate 73 is not particularly limited, the following ranges are preferable, for example.
  • SiO 2 40 to 80% by mass, Al 2 O 3 : 0 to 35% by mass, B 2 O 3 : 0 to 15% by mass, MgO: 0 to 20% by mass, CaO: 0 to 20% by mass, SrO: 0 ⁇ 20% by mass, BaO: 0 to 20% by mass, Li 2 O: 0 to 20% by mass, Na 2 O: 0 to 25% by mass, K 2 O: 0 to 20% by mass, TiO 2 : 0 to 10% by mass %, and ZrO 2 : 0 to 10% by mass.
  • the above composition accounts for 95% by mass or more of the entire glass.
  • compositions of the inorganic glass plate 71 and the inorganic glass plate 73 expressed in mol % based on the oxide are more preferably within the following range.
  • SiO 2 55 to 75% by mass
  • Al 2 O 3 0 to 25% by mass
  • B 2 O 3 0 to 12% by mass
  • ZrO 2 0 to 5% by mass.
  • the above composition accounts for 95% by mass or more of the entire glass.
  • the glass diaphragm may be flat or curved.
  • the glass diaphragm may, for example, have a curved surface that curves (bends) according to the installation location. Also, although not shown, it may have a shape that includes both a planar portion and a curved portion. In other words, the glass diaphragm may have a three-dimensional shape having at least a portion thereof curved in a concave or convex shape. In this way, by forming a three-dimensional shape in accordance with the installation location, the appearance at the installation location can be improved, and the design can be enhanced.
  • the exciter 13 is connected to one main surface of the various types of glass diaphragm described above via a connection portion 15.
  • An exciter 13 may be connected via a connection 15 to the area of the plate. That is, of the pair of glass plates 71 and 73 of the glass diaphragm, the outer edge of one glass plate extends outside the other glass plate. Also, a suitable sealing material is provided at the end of one of the glass plates and the intermediate layer to seal the intermediate layer. Then, the exciter 13 is attached via the connecting portion 15 to the portion (single plate region) extending to the outside of one of the glass plates.
  • the glass diaphragm may be glass for the interior of the vehicle.
  • interior glass include those provided in various interior materials such as dashboards, center consoles, ceilings, door trims, pillar lining panels, and sun visors.
  • Glass diaphragms can also be used as vehicle windows, building windows, structural members, and decorative panels that have improved water repellency, anti-snow, anti-icing, and anti-fouling properties through sonic vibration.
  • the glass diaphragm with an exciter may be configured as an active noise control diaphragm for noise reduction.
  • low-pitched noise which is especially offensive, can be effectively reduced.
  • a vibration detection element it can function as a diaphragm for a microphone, a vibration sensor, or the like.
  • Test Example 1 is the configuration of the glass diaphragm with an exciter according to the present invention
  • Test Example 2 is the configuration in which the housing of the exciter is directly connected to the glass diaphragm, and Test Examples 1 and 2 are compared.
  • Test Examples 1 and 2 laminated glass in which an intermediate layer was provided between two glass plates was used as the glass diaphragm. This laminated glass was fixed to an aluminum frame.
  • Test Example 1 is an example
  • Test Example 2 is a comparative example.
  • Table 1 shows the conditions of Test Examples 1 and 2.
  • Test Examples 5-7 and 9 the plate-shaped diaphragm-side connection portion and the glass diaphragm were adhesively fixed, and the plate-shaped exciter-side connection portion and the exciter were adhesively fixed. Then, the diaphragm-side connection portion and the exciter-side connection portion were connected by screws.
  • Test Examples 3 and 4 Test Examples 6, and Test Example 8, the exciter body was directly bonded and fixed to the glass diaphragm.
  • the exciters (Excitor-C, Excitor-D) of Test Examples 5 to 7 are magnets in which the vibrating part is connected to the housing via a leaf spring, and only the magnet vibrates by applying a voltage. of exciters were used.
  • Excitor-C in Test Examples 4 and 5 corresponds to the exciter 13 shown in FIG. 2C
  • Excitor-D in Test Examples 6 and 7 corresponds to the exciter 13 shown in FIG. 2D.
  • the mass of the exciter (Excitor-C) of Test Examples 4 and 5 is 0.110 kg
  • the mass of the exciter (Excitor-D) of Test Examples 6 and 7 is 0.046 kg.
  • the mass of the mass body of the exciter (Excitor-E) of Test Example 8 was 0.010 kg.
  • the spring constant of the exciter (Excitor-C) in Test Examples 4 and 5 was 20,000 N/m
  • the spring constant of the exciter (Excitor-D) in Test Examples 6 and 7 was 4,500 N/m. It was much lower than the spring constant of 50,000 N/m of the exciter (Excitor-E) in No. 8. Therefore, the lowest resonance frequency f0 was 67.9 Hz in the calculated values of Test Examples 4 and 5, and 69 Hz in the measured values, and was 50 Hz in the calculated values and 48 Hz in the measured values in Test Examples 6 and 7. Therefore, the calculated value of Test Example 8 is 356 Hz, and the measured value is 360 Hz.
  • the connecting portion is a diaphragm-side connection portion provided on the main surface of the glass diaphragm;
  • the glass diaphragm with an exciter according to (1) further comprising: an exciter-side connecting portion provided in the exciter and connecting the exciter to the diaphragm-side connecting portion.
  • an exciter-equipped glass diaphragm the exciter and the glass diaphragm can be easily detachable by connecting or disconnecting the diaphragm-side connection portion and the exciter-side connection portion.
  • the spring member and the exciter-side connection portion are connected in series between the diaphragm-side connection portion and the mass body;
  • the glass diaphragm with an exciter according to any one of (2) to (5), wherein the spring constant is a spring constant between the glass diaphragm and the mass body.
  • the mass body is connected in series with the diaphragm-side connection part by two connections: the connection between the exciter-side connection part and the diaphragm-side connection part, and the connection between the spring member and the mass body. connected to By connecting these two connections in series, an increase in the composite spring constant obtained by combining the spring constants of the respective connections is suppressed.
  • the glass diaphragm is provided with a through-hole penetrating in the plate thickness direction, and is fastened to the diaphragm-side connecting portion by a rod-shaped fastening member inserted into the through-hole, from (2) to ( The glass diaphragm with an exciter according to any one of 6). According to this exciter-equipped glass diaphragm, the diaphragm-side connecting portion can be connected to the glass diaphragm with high bonding strength.
  • At least one of the diaphragm-side connection portion and the exciter-side connection portion is made of a material containing any one of metal, ceramics, glass, and resin according to (2) to (7).
  • At least one of the diaphragm-side connection portion and the exciter-side connection portion contains a resin material, and the resin material has a Young's modulus of 10 MPa or more at 25°C. board. According to this exciter-equipped glass diaphragm, it is possible to achieve a configuration with excellent formability.
  • the glass diaphragm is laminated glass including at least a first glass plate, a second glass plate, and an interlayer sandwiched between the first glass plate and the second glass plate, (1 ) to (13), the glass diaphragm with an exciter. According to this glass diaphragm with an exciter, it is possible to obtain the effects of preventing resonance and attenuating vibration of the resonance of the glass plate. In addition, the presence of the intermediate layer can increase the loss factor as compared with the case where the glass plate is used alone.
  • a building diaphragm wherein the glass diaphragm of the glass diaphragm with an exciter according to any one of (1) to (15) is window glass of a building.
  • the glass diaphragm with the exciter is provided as the window glass of the building, so that the desired sound can be generated from the glass diaphragm while improving the sound reproducibility of the low frequency range.

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Abstract

低音の再現性を損なうことなく、エキサイタを振動板に機械的に固定できるエキサイタ付きガラス振動板、並びに、これを備えた車両用振動板及び建築物用振動板を提供する。エキサイタ付きガラス振動板は、ガラス振動板と、ばね材を介して支持される質量体を励振させて振動を発生するエキサイタと、ガラス振動板とエキサイタとを機械的に接続して、エキサイタからの振動をガラス振動板に伝達する接続部と、を備える。ガラス振動板とエキサイタとの間のばね定数をk[N/m]、質量体の振動部の質量をm[kg]とするとき、下記式を満足する。

Description

エキサイタ付きガラス振動板、車両用振動板及び建築物用振動板
 本発明は、エキサイタ付きガラス振動板、車両用振動板及び建築物用振動板に関する。
 近年、様々な板状の部材を振動させてスピーカとして機能させる技術が検討されている。例えば、電子機器用部材、車両用窓部材、車両等の輸送機械の内装用部材等の各部材の振動により所望の音響が発生可能となる。
 例えば、特許文献1~3には、入力される電気信号に応じたエキサイタ(圧電アクチュエータ)からの振動をガラス板等の振動板に伝達する構造が開示されている。
 特許文献1の構成では、振動部材(振動板)と、振動部材に装着された取付部材とを備え、外周にねじ溝を有するエキサイタが振動部材に接触するように取付部材にねじ込み装着されている。
 特許文献2の構成では、エキサイタが振動伝達部であるロッド部材の一端部に固定され、ロッド部材の他端部がロッド保持部材を介して振動板に接続されている。
 特許文献3の構成では、振動板と、振動板に接触するように設けられた振動伝達部材と、振動伝達部材を振動させる圧電アクチュエータとを備え、圧電アクチュエータからの振動を、振動伝達部材を介して振動板に伝達している。
日本国特開2013-198082号公報 国際公開第2019/172076号 日本国特開2010-263512号公報
 ところで、接着剤によりエキサイタを振動板に接合した場合には、接着剤の経年劣化により接着力が低下して、エキサイタが振動板から脱落するおそれがある。そのため、特許文献1のようにエキサイタを振動板へ機械的に固定することが望ましい。
 しかし、エキサイタをその筐体ごと振動板へ強固に締結してしまうと、特に、低音域における音再現性が低下して、広い音域で高品質な音再現性を得ることが難しくなる。
 これは、振動板の最低共振周波数がエキサイタ(質量体)の重量、振動板とエキサイタ(質量体)との間のばね定数に応じて変化するためと考えられる。例えば、振動板が車両のサイドガラスのような重量物である場合に、エキサイタを振動板に強固に締結すると、振動板とエキサイタとの間のばね定数が非常に大きくなり、その結果、振動板の最低共振周波数が高周波側にシフトする。このため、低音を発生させることが原理的に困難となってしまう。
 そこで本発明は、低音域の音再現性を損なうことなく、エキサイタを振動板に機械的に固定できるエキサイタ付きガラス振動板、並びに、これを備えた車両用振動板及び建築物用振動板の提供を目的とする。
 本発明は下記の構成からなる。
(1) ガラス振動板と、
 ばね材を介して支持される質量体を励振させて振動を発生するエキサイタと、
 前記ガラス振動板と前記エキサイタとを機械的に接続して、前記エキサイタからの振動を前記ガラス振動板に伝達する接続部と、を備え、
 前記ガラス振動板と前記エキサイタとの間のばね定数をk[N/m]、前記質量体の振動部の質量をm[kg]とするとき、式(1)を満足する、エキサイタ付きガラス振動板。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
(2) (1)に記載のエキサイタ付きガラス振動板の前記ガラス振動板が、車両用窓ガラスである、車両用振動板。
(3) (1)に記載のエキサイタ付きガラス振動板の前記ガラス振動板が、建築物の窓ガラスである、建築物用振動板。
 本発明によれば、低音域の再現性を損なうことなく、エキサイタを振動板に機械的に固定できる。
図1は、エキサイタ付きガラス振動板の概略図である。 図2Aは、エキサイタの構成例を模式的に示す概略断面図である。 図2Bは、エキサイタの構成例を模式的に示す概略断面図である。 図2Cは、エキサイタの構成例を模式的に示す概略断面図である。 図2Dは、エキサイタの構成例を模式的に示す概略断面図である。 図3Aは、エキサイタ付きガラス振動板の模式図である。 図3Bは、図3Aに示す構成を、ばねと質量体で表したモデルの構成図である。 図4は、エキサイタ付きガラス振動板の構成を模式的に示す拡大断面図である。 図5Aは、振動板側接続部とエキサイタ側接続部とをねじ接続する例を示す図で、接続前の状態を示す概略断面図である。 図5Bは、振動板側接続部とエキサイタ側接続部とをねじ接続する例を示す図で、接続後の状態を示す概略断面図である。 図6Aは、図5A,図5Bに示す接続形態をエキサイタと合わせてモデル化した模式的な構成図である。 図6Bは、図6Aに示す構成の振動モデルを示す説明図である。 図7Aは、図5A,図5Bに示す接続形態とは異なる接続形態をエキサイタと合わせてモデル化した参考例の模式的な構成図である。 図7Bは、図5A,図5Bに示す接続形態とは異なる接続形態をエキサイタと合わせてモデル化した参考例の振動モデルを示す説明図である。 図8Aは、エキサイタ付きガラス振動板のガラス振動板とエキサイタとの接続形態を示す模式図である。 図8Bは、エキサイタ付きガラス振動板のガラス振動板とエキサイタとの接続形態を示す模式図である。 図8Cは、エキサイタ付きガラス振動板のガラス振動板とエキサイタとの接続形態を示す模式図である。 図9は、合わせガラスで構成されたガラス振動板の概略断面図である。 図10は、エキサイタ付きガラス振動板を窓ガラスに適用した車両の平面図である。
 以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
<エキサイタ付きガラス振動板の構成>
 図1は、エキサイタ付きガラス振動板100の概略図である。
 エキサイタ付きガラス振動板100は、ガラス振動板11と、振動を発生するエキサイタ13と、ガラス振動板11とエキサイタ13とを機械的に接続し、エキサイタ13からの振動をガラス振動板11に伝達する接続部15と、を備える。
(エキサイタ)
 エキサイタ13は、本体に接触する対象物を振動板として利用し、振動板から音を発生させる加振装置であればよく、公知のものを使用できる。
 図2A,図2B,図2C及び図2Dは、エキサイタ13の構成例を模式的に示す概略断面図である。以下の説明では、同一の部材、部位に対しては、同一の符号を付与することで、その説明を簡単化又は省略する。
 図2Aに示すように、エキサイタ13は、有底で円筒状の筐体17と、筐体17の内側底面に固定され、厚さ方向に着磁された磁石19と、磁石19に対向して配置されたボイスコイル21と、ボイスコイル21が固定される基部23と、ボイスコイル21及び基部23を筐体17に支持させるサスペンション25及びダンパー27とを備える。
 サスペンション25及びダンパー27は、磁石19を含む筐体17(質量体)を、ボイスコイル21を介して基部23に対して変位可能に支持するばね材である。ボイスコイル21に励磁信号が入力されると、励磁信号に応じてボイスコイル21が励磁され、磁石19を含む筐体17を、発生する電磁力によって変位させる。これにより、筐体17と基部23との間に励磁信号に応じた振動が生じる。図2Aにおいて、エキサイタ13の振動部20は、磁石19と筐体17によって構成される。
 エキサイタ13は、上記構成に限らず、図2Bに示すように、磁石19が板ばね29を介して基部23に支持され、不図示のボイスコイル等によって振動を生じさせる構成等、種々の構成のものを採用できる。即ち、ばね材を介して支持される質量体を励振させて振動を発生するものであればよい。図2Bにおいて、エキサイタ13の振動部20は、磁石19によって構成される。
 さらに、エキサイタ13は、図2C又は図2Dに示す構成でもよい。図2Cに示すエキサイタ13は、磁石19が2つの板ばね29に挟持されるようにして、これらの板ばね29が、筐体17の内壁によって支持され、筐体17の内壁に支持されたボイスコイル21によって振動を生じさせる。また、図2Cに示すエキサイタ13は、筐体17の開口部を塞ぐように基部23が備えられる。そして、図2Cにおいて、エキサイタ13の振動部20は、磁石19によって構成される。
 図2Dに示すエキサイタ13は、磁石19が1つの板ばね29に挟持されるようにして、この板ばね29が、筐体17の内壁によって支持され、筐体17の内壁に支持されたボイスコイル21によって振動を生じさせる。また、磁石19に対して、板ばね29とは反対側に、筐体17の開口部を塞ぐように基部23が備えられる。そして、図2Dにおいて、エキサイタ13の振動部20は、磁石19によって構成される。
 図2Aにおける、質量体(磁石19及び筐体17)、即ち、振動部20の質量の下限は、0.001kg以上が好ましく、0.003kg以上がより好ましく、0.005kg以上が更に好ましい。また、質量体の質量(振動部20)の上限は、1kg以下が好ましく、0.5kg以下がより好ましく、0.3kg以下が更に好ましく、0.2kg以下が特に好ましい。また、質量体と基部23との間のばね定数の下限は、1N/m以上が好ましく、10N/m以上がより好ましく、100N/m以上が更に好ましい。さらに、質量体と基部23との間のばね定数の上限は、100,000N/m以下が好ましく、10,000N/m以下がより好ましく、1,000N/m以下が更に好ましい。上記範囲であることで、後述するガラス振動板11の振動特性を良好にできる。なお、上記したばね定数は、フックの法則(F(荷重)=k(ばね定数)×x(変位量))に基づいて、エキサイタの質量体に力(荷重)を加えたときに発生する変位を測定することで求められる。この測定には、一般的な引張試験機や圧縮試験機が使用可能である。
 また、図2Bに示すエキサイタ13の場合、上記振動部20(質量体)は、磁石19に相当し、上記における質量体を磁石19として置き換えて、好適範囲を満足すればよい。
(振動モデル)
 このようなエキサイタ13とガラス振動板11との間の振動は、次のようにモデル化できる。
 図3Aは、上記したエキサイタ付きガラス振動板の模式図で、図3Bは、図3Aに示す構成を、ばねと質量体で表したモデルの構成図である。
 エキサイタ13が接続部15を介してガラス振動板11に接続された場合、エキサイタ13の振動V1は、接続部15によって特定の振動周波数が減衰されてガラス振動板11に伝播し、振動V2となる。つまり、図3Bに示すように、ガラス振動板11には、エキサイタ13(質量体M)の振動が、ばねSを介して伝達され、ばねSのばね定数kに応じた振動V2が発生する。
 ガラス振動板11の振動V2による、低音域における音再現性を向上させるには、系の最低共振周波数をできるだけ低く設定する必要がある。特に、ガラス等の厚肉で、重く、撓みにくい物体を振動させる場合、最低共振周波数f(単位:Hz)は、質量体Mとばね定数kとによってほぼ決定され、一般に式(2)により求められる。ここで、mはエキサイタ13(質量体Mに相当)の振動部20の質量(単位:kg)であり、kはガラス振動板11とエキサイタ13(質量体M)との間のばね定数(単位:N/mm)である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 接続部15が、ねじ等の機械的な締結部材により、ガラス振動板11とエキサイタ13を接続する場合、ばね性が失われるためにばね定数kが増加して、最低共振周波数fが高くなる。一方、接続部15が、接着剤により、ガラス振動板11とエキサイタ13を接続する場合、接着剤の材料の選択によりばね性を調整でき、最低共振周波数fを低く設定できる。しかし、接着剤の経年劣化、接着剤の長期特性であるクリープの発生等によって、接着の信頼性が担保し難い。また、エキサイタ13の故障による交換時には、接続部15を破壊するなど損傷させてしまう。さらに、エキサイタ13に位置ずれが生じると音響性能が変化する、等の不利が生じる。
 そこで、本構成のエキサイタ付きガラス振動板100においては、接続部15及びエキサイタ13の質量体Mの支持構造によるばね定数kを小さくして、最低共振周波数fを低くする。本構成のエキサイタ付きガラス振動板100において、最低共振周波数fは140Hz以下が好ましく、120Hz以下がより好ましく、100Hz以下が更に好ましく、80Hz以下が特に好ましく、60Hz以下が最も好ましい。最低共振周波数fの下限値は小さいほど良いが、例えば、1Hz以上である。また、接続部15は、接合信頼性の高い機械的な接続構造にしている。以下、本構成の接続部15の構成を詳細に説明する。
(接続部)
 図4は、エキサイタ付きガラス振動板の構成を模式的に示す拡大断面図である。なお、図4に示す接続部15の構成は一例であり、これに限定されない。
 接続部15は、ガラス振動板11の片側の主面11aに設けられた振動板側接続部15Aと、エキサイタ13に設けられ、エキサイタ13を振動板側接続部15Aに接続するエキサイタ側接続部15Bと、を有する。
 振動板側接続部15Aは、取り付け片31と、締結部材33とを備える。取り付け片31の25℃におけるヤング率は、10MPa以上が好ましく、50MPa以上がより好ましく、1GPa以上が更に好ましい。また、取り付け片31は、アルミニウム又はアルミニウム合金、チタン、ステンレス鋼等の金属材料、セラミックス、ガラス、樹脂材料、等から選ばれる1つ又は複数の素材で形成できる。樹脂材料としては、例えば、ポリメタクリル酸メチル樹脂(PMMA)等のアクリル樹脂、ポリカーボネート(PC)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ウレタン、ポリプロピレン(PP)、樹脂、ポリカーボネート(PC)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ウレタン、ポリプロピレン(PP)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、66ナイロン(PA66)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ABS樹脂等が挙げられ、成形性に優れた構成にできる。
 この取り付け片31には、厚さ方向に貫通する複数の貫通孔35が形成されている。また、ガラス振動板11にも取り付け片31の貫通孔35に対応する複数の貫通孔37が形成されている。取り付け片31は、ガラス振動板11に重ねられ、対応する貫通孔35と貫通孔37に、リベット又はボルト等の棒状の締結部材33が挿入される。このように、取り付け片31は、ガラス振動板11に締結部材33を介して固定すると、高い接合強度が得られるため好ましい。また、取り付け片31は、ガラスとの線膨張係数の違いによるガラス振動板11の割れを防止するため、Oリング等の緩衝材(不図示)を介してガラス振動板11と接続することが好ましい。さらに、締結部材33とガラス振動板11の界面を接着剤又はゴム等の樹脂材料(不図示)で補強してもよい。その場合の樹脂材料は、線膨張係数が1×10-5[/℃]以上、ヤング率が1×10MPa以下が好ましい。
 なお、前述のように、図4に示す接続部15の構成は一例であり、これに限定されず、取り付け片31が、ガラス振動板11に接着固定されてもよく、この場合、締結部材33を設けず、ガラス振動板11に貫通孔を有さなくてもよい。さらに、取り付け片31が、ガラス振動板11に接着固定されるとともに、締結部材33を介して固定されてもよい。この場合、締結部材33は、貫通孔37を通すものでもよく、貫通孔を設けずにガラス振動板11の2つの主面及び端面と対向するように、側面視でU字状に屈曲した(不図示の)締結部材を用いて取り付け片31を固定してもよい。
 エキサイタ側接続部15Bは、前述したエキサイタ13の基部23に相当する部位である。振動板側接続部15Aとエキサイタ側接続部15Bとは、機械的な接続形態により着脱可能に接続されている。エキサイタ側接続部15Bの25℃でのヤング率は、10MPa以上が好ましく、50MPa以上がより好ましく、1GPa以上が更に好ましい。また、エキサイタ側接続部15Bは、アルミニウム又はアルミニウム合金、ステンレス鋼等の金属材料、セラミックス、ガラス、樹脂材料、等から選ばれる1つ又は複数の素材で形成できる。
 振動板側接続部15Aとエキサイタ側接続部15Bのそれぞれの厚さは、20mm以下が好ましく、10mm以下がより好ましく、8mm以下が更に好ましい。厚さの下限値は、締結構造を備え、かつ接続部の強度を担保する観点から、0.1mm以上が好ましく、0.3mm以上がより好ましく、0.5mm以上が更に好ましい。
 上記した機械的な接続形態としては、ねじ接続、テーパ嵌合等の差し込み式接続、リベット等のかしめ接続、クランプを用いた接合、等の公知の技術が採用可能である。
 図5Aは、振動板側接続部15Aとエキサイタ側接続部15Bとをねじ接続する例を示す図で、接続前の状態を示す概略断面図である。図5Bは、接続後の状態を示す概略断面図である。
 図5A,図5Bに示すように、振動板側接続部15Aとエキサイタ側接続部15Bとをねじにより接続する場合には、取り付け片31に、ガラス振動板11の平面視において円形となる凸部41を設け、凸部41の外周面に雄ねじ43を形成する。また、エキサイタ側接続部15Bに、ガラス振動板11の平面視において円形となる凹部45を設け、凹部45の内周面に雌ねじ47を形成する。そして、凹部45の雌ねじ47に凸部41の雄ねじ43を締め付けることで、振動板側接続部15Aにエキサイタ側接続部15Bを固定する。
 振動板側接続部15Aとエキサイタ側接続部15Bとが、互いにねじ止めされる雄ねじ43と雌ねじ47とを有するねじ構造を備えることで、容易に着脱が可能で、且つ強固な接続形態が得られる。
 このとき、雄ねじ43と雌ねじ47との間に緩み防止膜49を設けると好ましい。緩み防止膜49は、テフロン(登録商標)テープ、オイル、塗料、接着剤、ナイロン樹脂、等の材料から構成できる。緩み防止膜49を介して雄ねじ43と雌ねじ47とを接合することで、振動が負荷された場合でも、双方の締結の緩みをより確実に防止できる。
(複数のばねを接続する場合の振動モデル)
 図6Aは、図5A,図5Bに示す接続形態をエキサイタ13と合わせてモデル化した模式的な構成図である。図6Bは図6Aに示す構成の振動モデルを示す説明図である。
 図6Aに示すように、ガラス振動板11には振動板側接続部15Aが設けられ、振動板側接続部15Aがエキサイタ側接続部15Bにねじ接続によって固定される。また、エキサイタ側接続部15Bが接続されるエキサイタ13には、サスペンション25を介して質量体Mが支持されている。
 ここで、図6Bに示すように、振動板側接続部15Aとエキサイタ側接続部15Bとによる、ガラス振動板11とエキサイタ側接続部15Bとの間(ばねS1)のばね定数をK1とし、サスペンション25(ばねS2)のばね定数をK2とする。この場合、ガラス振動板11と質量体Mとの間の合成ばね定数kは、2つのばねが直列接続された状態となり、式(3)で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 この場合、ばね定数K1が大きくても、合成ばね定数kの増加が抑えられる。したがって、前述した最低共振周波数fを低く抑えることができる。
 一方、図7Aは、図5A,図5Bに示す接続形態とは異なる接続形態をエキサイタと合わせてモデル化した参考例の模式的な構成図である。図7Bは、図7Aに示す参考例の構成の振動モデルを示す説明図である。
 図7Aに示すように、ガラス振動板11には振動板側接続部15Aが設けられ、振動板側接続部15Aがエキサイタ側接続部15Bにねじ接続で固定される。また、エキサイタ側接続部15Bが接続されるエキサイタ13には、ガラス振動板11に接続されるサスペンション55が設けられ、エキサイタ13は、エキサイタ側接続部15Bとサスペンション55とを介して質量体Mが支持された構成となっている。このような構成としては、具体的には、エキサイタ13がねじ接続によってガラス振動板11に固定されるとともに、ねじの外周にラバー等の緩衝材(サスペンション55)が設けられた構成が一例として挙げられる。
 ここで、図7Bに示すように、振動板側接続部15Aとエキサイタ側接続部15Bとによる、ガラス振動板11とエキサイタ13との間(ばねS1)のばね定数をK1とし、サスペンション55(ばねS2)のばね定数をK2とする。この場合のガラス振動板11と質量体Mとの間の合成ばね定数kは、2つのばねが並列に接続された状態となり、式(4)で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 したがって、図7A,図7Bに示す場合の合成ばね定数kは、図6A,図6Bに示す場合の合成ばね定数kよりも大きくなり、仮にばね定数の小さいサスペンション55(ラバー)を用いたとしても、合成ばね定数kを低く抑えることは困難である。したがって、同じ材料を用いたとしても、前述した最低共振周波数fも図6A,図6Bに示す場合よりも高くなる。
(接合形態の種類)
 図8A,図8B,図8Cは、エキサイタ付きガラス振動板100のガラス振動板11とエキサイタ13との接続形態を示す模式図である。
 上記したエキサイタ付きガラス振動板100は、図8Aに示すように、ガラス振動板11とエキサイタ13との間に、振動板側接続部15Aとエキサイタ側接続部15Bとを有する構成であるが、これに限らない。例えば、図8Bに示すように、振動板側接続部が、ガラス振動板11の主面11aに形成された凹部15A1と接続してもよい。その場合、凹部15A1にエキサイタ側接続部15Bが挿入された状態で、エキサイタ13がガラス振動板11に固定される。
 この固定形態としては、ガラス振動板11の凹部15A1の内周面に形成された雌ねじ(不図示)に、エキサイタ側接続部15Bの外周面に形成された雄ねじ(不図示)を噛み合わせるねじ接続のほか、前述した差し込み式接続、かしめ接続、クランプを用いた接合、等の機械的な接続形態を採用できる。エキサイタ側接続部15Bを振動板側接続部である凹部15A1に挿入する接続形態であることで、エキサイタ13の接続構造を簡素でき、部品点数を削減できる。
 更に、図8Cに示すように、振動板側接続部15Aを複数の要素で構成してもよい。この場合の振動板側接続部15Aは、ガラス振動板11に形成した凹部15A2と、凹部15A2に接着又は機械的に接続される接続片15A3とを有する。接続片15A3は、ガラス振動板11の平面視において環状である。エキサイタ側接続部15B1は、凹部15A2と接続片15A3とに接続される。エキサイタ側接続部15B1は、凹部15A2と、ガラス振動板11の主面11aから突出する接続片15A3との両方に接続される形態でもよく、いずれか一方接続される形態でもよい。いずれの場合でも、エキサイタ側接続部15B1が凹状又は凸状の振動板側接続部15Aに機械的に接続されていればよい。また、上記した機械的な接続形態に、エキサイタ13の着脱が可能となる範囲で、接着剤、粘着剤、粘着テープ等を併用してもよい。
(エキサイタ付きガラス振動板の効果)
 本構成のエキサイタ付きガラス振動板100によれば、ガラス振動板11とエキサイタ13とを接続部15を介して機械的に接続することにより、エキサイタ13がガラス振動板11に直接、強固に締結された場合と比較して、低音域の再現性低下が抑えられる。これは、前述した式(2)の最低共振周波数fが、ガラス振動板11とエキサイタ13との間のばね定数kと質量体Mの振動部20の質量mとに応じて決定されるところ、ばね定数kの増大を効果的に抑えたことで実現できている。
 つまり、物体間に配置されたばねのばね定数kは、物体同士を強固に接続するものほど増加するが、本構成ではガラス振動板11とエキサイタ13との間に接続部15を介装している。この接続部15が、ガラス振動板11に対しては機械的な接続により、強固(大きなばね定数)で、しかも着脱自在に接続され、エキサイタ13に対しては比較的小さいばね定数で質量体Mと接続される、という、2つのばねが直列接続された形態としている。
 これによれば、2つのばねを合成したばね定数kは、前述した式(3)で求められるため、仮にガラス振動板11と接続部15との間が大きなばね定数となっても、合成したばね定数kが小さく抑えられる。よって、最低共振周波数fの低下が抑えられ、低音域の再現性を高い状態で維持できる。
 また、本構成のエキサイタ付きガラス振動板100によれば、エキサイタ13が、エキサイタ側接続部15Bと振動板側接続部15Aとを介してガラス振動板11に接続されている。そのため、エキサイタ側接続部15Bと振動板側接続部15Aとを分離することで、エキサイタ13をガラス振動板11から簡単に取り外すことができる。したがって、エキサイタ13が故障した場合、又はエキサイタ13を他の型のものに交換する場合等に、ガラス振動板11を損傷させることなく、簡単にエキサイタ13の取り替えが可能となる。また、接着剤等によりエキサイタ13をガラス振動板11に直接接続した場合のように、接着剤の経年劣化によるエキサイタ13の脱落、接着剤の長期特性であるクリープによるエキサイタ13の位置ずれを生じさせることがない。また、運搬時の突発的な衝撃でエキサイタが故障することが無くなり、好ましい。
 そして、エキサイタ13の質量体Mを支持するサスペンション25等のばね定数、質量体Mの振動部20の質量m、及び振動板側接続部15Aの接続形態を、前述した式(2)に基づいて適切に設定することで、種々の形態のガラス振動板11、及び種々の使用目的に最適な条件でエキサイタ13を固定できる。
<ガラス振動板の構成>
 次に、ガラス振動板11の構成について詳細に説明する。
 ガラス振動板11は、単一のガラス板(単板)でもよいが、複数枚のガラス板が積層され、これらのガラス板の間に中間層が設けられた合わせガラスでもよい。単板である場合、構成を簡素化でき、振動特性を容易に制御できる。
 図9は、合わせガラスで構成されたガラス振動板11の概略断面図である。
 ガラス振動板11は、一対のガラス板71,73が積層され、これらのガラス板71,73の間に中間層75を含んで構成される。ガラス振動板11の板面の形状は任意であり、適用する部位に応じて、平面視において、正方形、長方形、平行四辺形、台形、その他の多角形、円形、楕円形、又は、これら形状が組み合わされた形状でもよい。ガラス振動板11の総厚は、2mm以上が好ましく、3mm以上がより好ましく、4mm以上が更に好ましい。これにより、車両用、建築物用として適用した場合にも、必要十分な強度が得られる。
 ガラス振動板11の剛性が低い場合、加振によりガラスが撓むことによるばね性が加味されてしまい、最低共振周波数fが高くなるおそれがある。そこで、加振によるガラスの撓み量が大きくなる総厚2mm以下のガラス振動板11である場合、ガラス振動板11の外周の一部又は全周を固定側の部材に固定して剛性を向上させるとよい。
 中間層75は、ガラス板71,73が共振した場合に、ガラス板71,73の共振を防止、またはガラス板71,73の共振の揺れを減衰させる。ガラス振動板11は、中間層75の存在により、ガラス板単独の場合と比べて損失係数を高められる。
 ガラス振動板11は、損失係数が大きいほど振動減衰が大きくなるため好ましく、ガラス振動板11の25℃における減衰係数は、1×10-3以上が好ましく、2×10-3以上がより好ましく、5×10-3以上が更に好ましい。
 減衰係数は、共振法などの試験法により測定でき、例えば、半値幅法により算出したものが使用できる。材料の共振周波数f、振幅hであるピーク値から-3dB下がった点、すなわち、最大振幅-3[dB]における点の周波数幅をWとしたとき、{W/f}で表される値を減衰係数と定義する。共振振動を抑えるには、減衰係数を大きくすればよい。減衰係数が大きいとは、振幅hに対し相対的に周波数幅Wが大きくなり、ピークをブロードにすることを意味する。つまり、減衰係数が大きいと振動減衰能が大きくなる。減衰係数は、材料等の固有の値であり、例えばガラス板単体の場合には、その構造や組成、相対密度等によって異なる。
 ガラス振動板11の板厚方向の縦波音速値は、音速が速いほど振動板とした際に高周波音域の再現性が向上することから、2.0×10m/s以上であればよく、3.0×10m/s以上であればよく、4.0×10m/s以上がより好ましく、4.5×10m/s以上が更に好ましく、5.0×10m/s以上が特に好ましい。上限は特に限定されないが、該縦波音速値は、7.0×10m/s以下が好ましい。
 ここで、縦波音速値とは、振動板中で縦波が伝搬する速度をいう。縦波音速値、及び後述するヤング率は、日本工業規格(JIS R 1602-1995)に記載された超音波パルス法により測定できる。
 ガラス振動板11の直線透過率が高いと、透光性を有する部材としての適用が可能となる。そのため、ガラス振動板11は、日本工業規格(JIS R 3106-1998)に準拠して求められた可視光透過率が、60%以上が好ましく、65%以上がより好ましく、70%以上が更に好ましい。なお、透光性を有する部材としては、例えば、透明スピーカ、透明マイクロフォン、建築、車両用の開口部材等の用途が挙げられる。
 ガラス振動板11の光の透過率を高めることを目的に、屈折率を整合させることも有用である。すなわち、ガラス振動板11を構成するガラス板71,73と中間層75との屈折率は近いほど、界面における反射及び干渉が防止されることから好ましい。中でも中間層75の屈折率と中間層75に接する一対のガラス板71,73の屈折率との差は、0.2以下が好ましく、0.1以下がより好ましく、0.01以下が更により好ましい。
 ここでのガラス板71,73とは、無機ガラスの他に、有機ガラスでもよい。有機ガラスとしては、一般的な透明樹脂として、PMMA系樹脂、PC系樹脂、PS系樹脂、PET系樹脂、セルロース系樹脂等が使用できる。
 樹脂材料としては、平面板状や曲面板状に成型できる材料が好ましい。複合材料や繊維材料としては、高硬度フィラーを複合した樹脂材料や炭素繊維、ケブラー繊維などが好ましい。
<中間層の具体的構成例>
 互いに積層される複数枚のガラス板の間の中間層75としては、液体や液晶などの流体からなる流体層、ゲル状体又は固体フィルムが好ましい。
(流体層)
 ガラス振動板11は、少なくとも一対のガラス板71,73の間に、中間層75として液体を含有する流体層を設けることで、高い損失係数を実現できる。中でも、流体層の粘性や表面張力を好適な範囲にすることで、損失係数をより高められる。これは、一対のガラス板を、粘着層を介して設ける場合とは異なり、一対のガラス板が固着せず、各々のガラス板としての振動特性を持ち続けることに起因するものと考えられる。なお、本明細書でいう「流体」とは、液体、半固体、固体粉末と液体との混合物、固体のフィルムやゲル(ゼリー状物質)に液体を含浸させたもの等、液体を含む流動性を有するものを全て包含する意味とする。
 流体層は、25℃における粘性係数が1×10-4~1×10Pa・sであり、且つ25℃における表面張力が15~80mN/mが好ましい。粘性が低すぎると振動を伝達しにくくなり、高すぎると流体層の両側に位置する一対のガラス板同士が固着して一枚のガラス板としての振動挙動を示すことから、共振振動が減衰されにくくなる。また、流体層は、表面張力が低すぎるとガラス板間の密着力が低下し、振動を伝達しにくくなる。表面張力が高すぎると、流体層の両側に位置する一対のガラス板同士が固着しやすくなり、一枚のガラス板としての振動挙動を示すことから、共振振動が減衰されにくくなる。
 流体層の25℃における粘性係数は、1×10-3Pa・s以上がより好ましく、1×10-2Pa・s以上が更に好ましい。また、流体層の25℃における粘性係数は、1×10Pa・s以下がより好ましく、1×10Pa・s以下が更に好ましい。流体層の25℃における表面張力は、20mN/m以上がより好ましく、30mN/m以上が更に好ましい。
 流体層の粘性係数は、回転粘度計などにより測定できる。流体層の表面張力は、リング法などにより測定できる。
 流体層は、蒸気圧が高すぎると流体層が蒸発してガラス振動板としての機能を果たさなくなるおそれがある。そのため、流体層は、25℃、1atmにおける蒸気圧が1×10Pa以下が好ましく、5×10Pa以下がより好ましく、1×10Pa以下が更に好ましい。また、蒸気圧が高い場合には、流体層が蒸発しないようにシール等を施してもよい。その場合、シール材によりガラス振動板の振動を妨げないようにする必要がある。
 流体層の厚さは薄いほど、高剛性の維持及び振動伝達の点から好ましい。具体的には、一対のガラス板の合計の厚さが1mm以下の場合は、流体層の厚さは、一対のガラス板の合計の厚さの1/10以下であればよく、1/20以下が好ましく、1/30以下がより好ましく、1/50以下が更に好ましく、1/70以下が特に好ましく、1/100以下が最も好ましい。また一対のガラス板の合計の厚さが1mm超の場合は、前記流体層の厚さは、100μm以下であればよく、50μm以下が好ましく、30μm以下がより好ましく、20μm以下が更に好ましく、15μm以下が特に好ましく、10μm以下が最も好ましい。流体層の厚さの下限は、製膜性及び耐久性の点から0.01μm以上が好ましい。
 流体層は化学的に安定であり、流体層と流体層の両側に位置する一対のガラス板とが、反応しないことが好ましい。化学的に安定とは、例えば光照射により変質(劣化)が少ないもの、または少なくとも-20~70℃の温度領域で凝固、気化、分解、変色、ガラスとの化学反応等が生じないものを意味する。
 流体層の成分としては、具体的には、水、オイル、有機溶剤、液状ポリマー、イオン性液体及びそれらの混合物等が挙げられる。より具体的には、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、ストレートシリコーンオイル(ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、メチルハイドロジェンシリコーンオイル)、変性シリコーンオイル、アクリル酸系ポリマー、液状ポリブタジエン、グリセリンペースト、フッ素系溶剤、フッ素系樹脂、アセトン、エタノール、キシレン、トルエン、水、鉱物油、及びそれらの混合物、等が挙げられる。中でも、プロピレングリコール、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、メチルハイドロジェンシリコーンオイル及び変性シリコーンオイルからなる群より選ばれる少なくとも1種を含むと好ましく、プロピレングリコールまたはシリコーンオイルを主成分とするとより好ましい。
 上記の他に、粉体を分散させたスラリーを流体層としても使用できる。損失係数向上の観点からは、流体層は均一な流体が好ましいが、ガラス振動板に着色や蛍光等といった意匠性や機能性を付与する場合には、該スラリーは有効である。流体層における粉体の含有量は0~10体積%が好ましく、0~5体積%がより好ましい。粉体の粒径は沈降を防ぐ観点から10nm~1μmが好ましく、0.5μm以下がより好ましい。
 また、意匠性・機能性付与の観点から、流体層に蛍光材料を含ませてもよい。その場合、蛍光材料を粉体として分散させたスラリー状の流体層でも、蛍光材料を液体として混合させた均一な流体層でもよい。これにより、ガラス振動板に、光の吸収及び発光といった光学的機能を付与できる。
(ゲル状体)
 中間層75にゲル状物質を用いる場合、好ましい材料とは下記のような特性(1)~(3)のいずれかを満たす物質である。(1)中間層75の厚さが1mm以下、(2)温度25℃における圧縮貯蔵弾性率が1.0×10Pa以下、(3)温度25℃、1Hzにおいて、圧縮貯蔵弾性率が圧縮損失弾性率よりも高い。
 本構成においては、特性(1)、(2)、(3)を満たすことで中間層75の流動性を抑えつつ、損失係数が向上する。一般的に、中間層75を厚くしてガラス振動板の損失係数を向上させる場合、中間層75が厚くなるに従い、ガラス振動板11の音速値が低下していくトレードオフ関係にある。これに対し本構成では、中間層75の材料が特性(2)を満たすことで、中間層75が薄い場合に、ガラス振動板11においてより損失係数が高くなることに加え、高い音速値を確保できる。
 特性(1)に関し、中間層75の厚さは、ガラス振動板11の高い減衰係数が得られる観点から100μm以下がより好ましく、20μm以下が更に好ましく、5μm以下が特に好ましい。また、ガラス板71,73の表面粗さの観点から、0.1μm以上が好ましく、1μm以上がより好ましい。
 特性(2)に関し、中間層75の材料は、温度25℃における圧縮貯蔵弾性率が1.0×10Pa以下が好ましく、7.0×10Pa以下がより好ましく、5.0×10Pa以下が更に好ましい。特性(2)を満たす材料であれば、中間層75の膜厚が薄くなるほどガラス振動板11において高い損失係数が得られる。また、流動性の観点から、1.0×10Pa以上が好ましい。
 特性(3)を満たすことで中間層75の流動性が抑えられるため、ガラス振動板11の任意の切断加工が容易である。なお、中間層75の材料には、ゲル状材料も使用できる。
 中間層75を構成する物質としては、上記特性(1)~(3)のいずれかを満たしていることを前提として、例えば、炭素系、フッ素系、またはシリコーン系の高分子系材料が挙げられる。具体的には、ABS、AES、AS、CA、CN、CPE、EEA、EVA、EVOH、IO、PMMA、PMP、PP、PS、PVB、PVC、RB、TPA、TPE、TPEE、TPF、TPO、TPS、TPU、TPVC、AAS、ACS、PET、PPE、PA6、PA66、PBN、PBT、PC、POM、PPO、ETFE、FEP、LCP、PEEK、PEI、PES、PFA、PPS、PSV、PTFE、PVDF、シリコーン、ポリウレタン、PI、PFなどが挙げられる。または上記材料を組み合わせた複合材料などが挙げられる。上記材料は1種のみを用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。さらに、ゲル状体はガラスとの接着性を有するとより好ましく、エポキシ系、ウレタン系、アクリル系、シリコーン系、エポキシシリコーン系、フェノール系、シアノアクリレート系などのうち少なくとも一つ以上を有するとより好ましい。また、硬化系は、紫外線硬化、熱硬化、2液混合硬化、嫌気性硬化、湿気硬化などが好ましい。
 上記特定の性質を満たす物質が中間層75に占める割合は、10質量%~100質量%が好ましく、30質量%~100質量%がより好ましく、50質量%~100質量%が更に好ましく、70質量%~100質量%が特に好ましい。
(固体フィルム)
 中間層75に固体フィルムを用いる場合、中間層75の材料としては、合わせガラスの中間膜として好適に用いられるポリビニルブチラール(PVB)、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂(EVA)、ポリウレタン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、シリコーン等が挙げられる。
<ガラス板>
 ガラス振動板11を構成するガラス板の少なくとも1枚及び中間層75の少なくともいずれかに着色することも可能である。これは、ガラス振動板11に意匠性を持たせたい場合、IRカット、UVカット、プライバシーガラス等の機能性を付加する場合、等に有用である。
 一対のガラス板71,73のうち、一方のガラス板と他方のガラス板との共振周波数のピークトップの値は異なることが好ましく、共振周波数の範囲が重なっていないものがより好ましい。ただし、ガラス板71及びガラス板73の共振周波数の範囲が重複していたり、ピークトップの値が同じであったりしても、中間層75が存在することによって、一方のガラス板が共振しても、他方のガラス板の振動は同期しない。これにより、ある程度共振が相殺され、ガラス板単独の場合に比べて高い損失係数が得られる。
 すなわち、一方のガラス板71の共振周波数(ピークトップ)をQa、共振振幅の半値幅をwa、他方のガラス板73の共振周波数(ピークトップ)をQb、共振振幅の半値幅をwbとした時に、下記式(5)の関係を満たすことが好ましい。
 (wa+wb)/4<|Qa-Qb|・・・式(5)
 上記式(5)における左辺の値が大きくなるほどガラス板71とガラス板73の共振周波数の差異(|Qa-Qb|)が大きくなり、高い損失係数が得られる。
 そのため、下記式(6)を満たすとより好ましく、下記式(7)を満たすと更に好ましい。
 (wa+wb)/2<|Qa-Qb|・・・式(6)
 (wa+wb)/1<|Qa-Qb|・・・式(7)
 なお、ガラス板71,73の共振周波数(ピークトップ)及び共振振幅の半値幅は、ガラス振動板11における損失係数と同様の方法で測定できる。
 ガラス板71及びガラス板73は、質量差が小さいほど好ましく、質量差がないとより好ましい。ガラス板の質量差がある場合、軽い方のガラス板の共振は重い方のガラス板で抑制できるが、重い方のガラス板の共振を軽い方のガラス板で抑制することは困難である。すなわち、質量比に偏りがあると、慣性力の差異により原理的に共振振動を互いに打ち消せなくなる。
 (ガラス板71/ガラス板73)で表されるガラス板71及びガラス板73の質量比は0.8~1.25(8/10~10/8)が好ましく、0.9~1.1(9/10~10/9)がより好ましく、1.0(10/10、質量差0)が更に好ましい。
 また、建築・車両用開口部材用途においては、ガラス板71,73の板厚は、それぞれ0.5mm~15mmが好ましく、0.8mm~10mmがより好ましく、1.0mm~8mmが更に好ましい。
 無機ガラス板71及び無機ガラス板73の組成は特に限定されないが、例えば下記範囲が好ましい。SiO:40~80質量%、Al:0~35質量%、B:0~15質量%、MgO:0~20質量%、CaO:0~20質量%、SrO:0~20質量%、BaO:0~20質量%、LiO:0~20質量%、NaO:0~25質量%、KO:0~20質量%、TiO:0~10質量%、且つZrO:0~10質量%。ただし上記組成がガラス全体の95質量%以上を占める。
 無機ガラス板71及び無機ガラス板73の、酸化物基準のモル%で表示した組成は、より好ましくは下記範囲である。
 SiO:55~75質量%、Al:0~25質量%、B:0~12質量%、MgO:0~20質量%、CaO:0~20質量%、SrO:0~20質量%、BaO:0~20質量%、LiO:0~20質量%、NaO:0~25質量%、KO:0~15質量%、TiO:0~5質量%、且つZrO:0~5質量%。ただし、上記組成がガラス全体の95質量%以上を占める。
 ガラス振動板は、平面状でもよく、曲面状でもよい。
 ガラス振動板は、例えば、設置場所に合わせて湾曲(屈曲)するような曲面状でもよい。また、図示はしないが、平面状の部分と曲面状の部分とを共に備える形状でもよい。つまり、ガラス振動板は、少なくとも一部に凹状または凸状に曲がった湾曲部を有する三次元形状でもよい。このように、設置場所に合わせて三次元形状とすることで、設置場所における外観を良好にでき、意匠性を高められる。
 上記した各種のエキサイタ付きガラス振動板は、上記した各種のガラス振動板の一方の主面にエキサイタ13が接続部15を介して接続されるが、合わせガラスに単板の領域を設け、この単板の領域に接続部15を介してエキサイタ13を接続してもよい。つまり、ガラス振動板の一対のガラス板71,73のうち、一方のガラス板の外縁が他方のガラス板よりも外側に延びた構成とする。また、一方のガラス板と中間層の端部に適宜なシール材を設け、中間層を密封する。そして、一方のガラス板の外側に延びた部分(単板の領域)に接続部15を介してエキサイタ13を取り付ける。
 この構成によれば、エキサイタ13が単一のガラス板を振動させるため、複数枚のガラス板71,73を同時に振動させる場合と比較して、エネルギー効率を高めてガラス振動板を加振できる。
<エキサイタ付きガラス振動板の適用例>
 以上説明したエキサイタ付きガラス振動板は、種々の用途に適用できる。
 例えば、エキサイタ付きガラス振動板のガラス振動板は、車両用窓ガラスでもよい。
 図10は、エキサイタ付きガラス振動板を窓ガラスに適用した車両の平面図である。
 ガラス振動板で構成される車両用窓ガラスは、車両83におけるフロントサイドウインドウFSWでもよいが、これに限らない。例えば、車両83のリアサイドウインドウRSW、ウィンドシールドWS、リアウインドウRW、ルーフグレージングRG、フロントクォーターウインドウFQW等でもよい。さらに、車両83には図示はしていないが、コンバーチブルに用いられるウィンドリフレクターでもよい。
 そして、ガラス振動板は、車両の内装用ガラスでもよい。内装用ガラスとしては、例えば、ダッシュボード、センターコンソール、天井、ドアトリム、ピラー内張りパネル、サンバイザー等の各種内装材に設けられるものが挙げられる。
 また、ガラス振動板は、音波振動により撥水性、耐着雪性、耐着氷性、防汚性を向上させた車両用窓、建築物用窓、構造部材、化粧板としても使用できる。
 そして、エキサイタ付きガラス振動板は、車載用又は機載用のスピーカとして使用してもよい。エキサイタ付きガラス振動板は、例えば電子機器用部材として、15Hz~200Hz帯、20Hz~200Hz帯の低音再生用スピーカ、振動板の面積が0.2m以上の大型スピーカ、平面型スピーカ、円筒型スピーカ、透明スピーカ、スピーカとして機能するモバイル機器用カバーガラス、TVディスプレイ用カバーガラス、映像スクリーン、映像信号と音声信号とが同一の面から生じるディスプレイ、ウェアラブルディスプレイ用スピーカ、電光表示器、照明器具、等に利用できる。スピーカは、音楽用でもよく、警報音用等でもよい。
 さらに、エキサイタ付きガラス振動板は、騒音低減用のアクティブノイズコントロール用の振動板として構成されてもよい。その場合、特に耳障りとなる低音の騒音を効果的に軽減できる。また、振動検出素子を設けてマイクロフォン用の振動板、振動センサ等としても機能できる。
 次に、本発明に係るエキサイタ付きガラス振動板の構成を試験例1、エキサイタの筐体をガラス振動板に直接接続した構成を試験例2として、試験例1と試験例2とを比較した。
 試験例1及び試験例2では、ガラス振動板として、2枚のガラス板の間に中間層を設けた合わせガラスを用いた。この合わせガラスをアルミニウム製のフレームに固定した。試験例1は実施例であり、試験例2は比較例である。
(ガラス板)
 厚さ:1.8mm(ソーダライムガラス)2枚
(中間層)
 材質:PVB
 厚さ:0.78mm
 試験例1,2の条件を表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006

 
 試験例1では、プレート状の振動板側接続部とガラス振動板とを接着固定し、プレート状のエキサイタ側接続部とエキサイタとを接着固定した。そして、振動板側接続部とエキサイタ側接続部とをねじ接続した。また、試験例2では、エキサイタ本体をガラス振動板に直接、接着固定した。なお、試験例1及び後述の試験例3におけるExcitor-A並びに後述の試験例8におけるExcitor-Aは、図2Aに示すエキサイタ13に相当し、試験例2及び後述の試験例9におけるExcitor-Bは、図2Bに示すエキサイタ13に相当する。
 試験例1のエキサイタの質量体の質量は、0.067kgであり、試験例2のエキサイタの質量体の質量0.131kgと比較して半分程度であった。
 試験例1及び試験例2のエキサイタ付きガラス振動板を、それぞれエキサイタを振動させることで発生する音について、スキャニング振動メータ(Klippel 社製 Analyzer3 SCN)を用いて周波数毎のインピータンスを測定した。インピータンスがピーク値をとる周波数を最低共振周波数とした。
 その結果、試験例1では、エキサイタのばね定数(ガラス振動板とエキサイタとの間のばね定数)が3,033N/mとなり、試験例2の上記ばね定数110,000N/mよりも大幅に低くなった。そのため、最低共振周波数fは、試験例1の計算値では、33.9Hzであったのに対して、試験例2では145Hzとなり、試験例1の方がより低い周波数域まで再生可能である。
 試験例3~9では、ガラス振動板として、2枚のガラス板の間に中間層を設けた合わせガラスを用いた。この合わせガラスをアルミニウム製のフレームに固定した。試験例3~7は実施例であり、試験例8,9は比較例である。ガラス板及び中間層は、試験例1,2と同様であり、試験例3~9の条件を表2及び表3に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
 試験例5、試験例7、試験例9では、プレート状の振動板側接続部とガラス振動板とを接着固定し、プレート状のエキサイタ側接続部とエキサイタとを接着固定した。そして、振動板側接続部とエキサイタ側接続部とをねじ接続した。また、試験例3,4、試験例6、試験例8では、エキサイタ本体をガラス振動板に直接、接着固定した。なお、試験例5~7のエキサイタ(Excitor-C,Excitor-D)は、振動部が板ばねを介して筐体に接続された磁石であって、電圧を印加することで磁石のみ振動する仕様のエキサイタを用いた。なお、試験例4及び試験例5におけるExcitor-Cは、図2Cに示すエキサイタ13に相当し、試験例6及び試験例7におけるExcitor-Dは、図2Dに示すエキサイタ13に相当する。
 試験例3~9のエキサイタ付きガラス振動板を、試験例1,試験例2と同様にして最低共振周波数を測定した。その結果、試験例1と同じエキサイタ(Excitor-A)を用いた試験例3では、最低共振周波数fの計算値が33.9Hzであり、実測値が33Hzであった。一方、試験例2と同じエキサイタ(Excitor-B)を用いた試験例9では、最低共振周波数fの計算値が145Hzであり、実測値が143Hzであった。
 また、試験例4,5のエキサイタ(Excitor-C)の質量体の質量は、0.110kgであり、試験例6,7のエキサイタ(Excitor-D)の質量体の質量は、0.046kgであり、試験例8のエキサイタ(Excitor-E)の質量体の質量は、0.010kgであった。
 試験例4,5におけるエキサイタ(Excitor-C)のばね定数は、20,000N/mとなり、試験例6,7におけるエキサイタ(Excitor-D)のばね定数は、4,500N/mあり、試験例8にけるエキサイタ(Excitor-E)のばね定数50,000N/mよりも大幅に低くなった。そのため、最低共振周波数fは、試験例4,5の計算値では67.9Hz、実測値では69Hzであり、試験例6,7の計算値では50Hz、実測値では48Hzであったのに対して、試験例8の計算値では356Hz,実測値では360Hzとなり、試験例4~7の方が、試験例8より低い周波数域まで再生可能である。
 以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
(1) ガラス振動板と、
 ばね材を介して支持される質量体を励振させて振動を発生するエキサイタと、
 前記ガラス振動板と前記エキサイタとを機械的に接続して、前記エキサイタからの振動を前記ガラス振動板に伝達する接続部と、を備え、
 前記ガラス振動板と前記エキサイタとの間のばね定数をk[N/m]、前記質量体の振動部の質量をm[kg]とするとき、式(8)を満足する、エキサイタ付きガラス振動板。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
 このエキサイタ付きガラス振動板によれば、ガラス振動板とエキサイタとを接続部を介して接続するため、機械的な接続形態でもガラス振動板とエキサイタとの間のばね定数の増加を抑制できる。その結果、最低共振周波数の増加が抑えられ、低音域の再現性の低下が抑えられる。
(2) 前記接続部は、
 前記ガラス振動板の主面に設けられた振動板側接続部と、
 前記エキサイタに設けられ、前記エキサイタを前記振動板側接続部に接続するエキサイタ側接続部と、を含む、(1)に記載のエキサイタ付きガラス振動板。
 このエキサイタ付きガラス振動板によれば、振動板側接続部とエキサイタ側接続部とを接続又は切り離すことで、エキサイタとガラス振動板とを容易に着脱自在にできる。
(3) 前記振動板側接続部は、前記ガラス振動板の主面から板厚方向に突出する凸状の構造を含む、(2)に記載のエキサイタ付きガラス振動板。
 このエキサイタ付きガラス振動板によれば、複数のガラス振動板を重ねた場合に、振動板側接続部がガラス振動板同士の接触を防止する緩衝材として機能して、ガラス振動板を保護できる。
(4) 前記振動板側接続部は、前記ガラス振動板の主面から板厚方向に凹む凹状の構造を含む、(2)又は(3)に記載のエキサイタ付きガラス振動板。
 このエキサイタ付きガラス振動板によれば、エキサイタの接続構造を簡素化でき、部品点数を削減できる。
(5) 前記振動板側接続部と前記エキサイタ側接続部は、互いに噛み合う雄ねじ及び雌ねじを有するねじ構造を備える、(2)から(4)のいずれか1つに記載のエキサイタ付きガラス振動板。
 このエキサイタ付きガラス振動板によれば、ねじ構造を備えることで、容易に着脱が可能で、且つ強固な接続形態が得られる。
(6) 前記振動板側接続部と前記質量体との間に、前記ばね材と前記エキサイタ側接続部とが直列に接続され、
 前記ばね定数は、前記ガラス振動板と前記質量体との間のばね定数である、(2)から(5)のいずれか1つに記載のエキサイタ付きガラス振動板。
 このエキサイタ付きガラス振動板によれば、エキサイタ側接続部と振動板側接続部との接続と、ばね部材と質量体との接続との2つの接続によって、質量体が振動板側接続部に直列に接続される。この2つの接続が直列であることにより、それぞれの接続のばね定数を合成した合成ばね定数の増加が抑えられる。
(7) 前記ガラス振動板は、板厚方向に貫通する貫通孔が設けられ、前記貫通孔に挿入された棒状の締結部材によって前記振動板側接続部と締結されている、(2)から(6)のいずれか1つに記載のエキサイタ付きガラス振動板。
 このエキサイタ付きガラス振動板によれば、振動板側接続部をガラス振動板に高い接合強度で接続できる。
(8) 前記振動板側接続部と前記エキサイタ側接続部の少なくとも一方は、金属、セラミックス、ガラス、及び樹脂のうちいずれか1つを含む材料で構成される、(2)から(7)のいずれか1つに記載のエキサイタ付きガラス振動板。
 このエキサイタ付きガラス振動板によれば、割れ等を生じさせることなく、十分な強度での接続が可能となる。
(9) 前記振動板側接続部と前記エキサイタ側接続部の少なくとも一方は樹脂材料を含み、前記樹脂材料は、25℃におけるヤング率が10MPa以上である、(8)に記載のエキサイタ付きガラス振動板。
 このエキサイタ付きガラス振動板によれば、成形性に優れた構成にできる。
(10) 前記ばね定数k[N/m]は、1≦k≦100000、を満足する、(1)から(9)のいずれか1つに記載のエキサイタ付きガラス振動板。
 このエキサイタ付きガラス振動板によれば、ガラス振動板の振動特性を良好にできる。
(11) 前記エキサイタの質量体の質量m[kg]は、0.001≦m≦1、を満足する、(1)から(10)のいずれか1つに記載のエキサイタ付きガラス振動板。
 このエキサイタ付きガラス振動板によれば、ガラス振動板の振動特性を良好にできる。
(12) 前記ガラス振動板の総厚は、2mm以上である、(1)から(11)のいずれか1つに記載のエキサイタ付きガラス振動板。
 このエキサイタ付きガラス振動板によれば、例えば、車両用、建築物用とした場合でも、必要十分な強度が得られる。
(13) 前記ガラス振動板の外周の一部又は全周が固定されている、(1)から(12)のいずれか1つに記載のエキサイタ付きガラス振動板。
 このエキサイタ付きガラス振動板によれば、加振によりガラスが撓むことによるバネ性が加味されてしまい、共振周波数が高くなることを防止できる。
(14) 前記ガラス振動板は、単板である、(1)から(13)のいずれか1つに記載のエキサイタ付きガラス振動板。
 このエキサイタ付きガラス振動板によれば、構成を簡素化でき、振動特性を容易に制御できる。
(15) 前記ガラス振動板は、第1ガラス板と、第2ガラス板と、前記第1ガラス板および前記第2ガラス板に挟持される中間膜と、を少なくとも含む合わせガラスである、(1)から(13)のいずれか1つに記載のエキサイタ付きガラス振動板。
 このエキサイタ付きガラス振動板によれば、共振を防止したり、ガラス板の共振の揺れを減衰させたりする効果が得られる。そして、中間層の存在により、ガラス板単独の場合と比べて損失係数を高められる。
(16) (1)から(15)のいずれか1つに記載のエキサイタ付きガラス振動板の前記ガラス振動板が、車両用窓ガラスである、車両用振動板。
 この車両用振動板によれば、エキサイタ付きガラス振動板が車両に搭載されることで、ガラス振動板から低音域の音再現性を高めつつ、所望の音を発生できる。
(17) 前記車両用窓ガラスは、ウィンドシールド、リアウインドウ、ドアウインドウ、サイドウインドウ、ルーフグレージング、フロントクォーターウインドウ及びウィンドリフレクターのうち少なくともいずれかを含む、(16)に記載の車両用振動板。
 この車両用振動板によれば、目的に応じて適切な位置から所望の音を発生させることができる。
(18) (1)から(15)のいずれか1つに記載のエキサイタ付きガラス振動板の前記ガラス振動板が、建築物の窓ガラスである、建築物用振動板。
 この建築物用振動板によれば、エキサイタ付きガラス振動板が建築物の窓ガラスとして設けられることで、ガラス振動板から低音域の音再現性を高めつつ、所望の音を発生できる。
 なお、本出願は、2021年10月15日出願の日本特許出願(特願2021-169922)に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。
 11 ガラス振動板
 11a 主面
 13 エキサイタ
 15 接続部
 15A 振動板側接続部
 15A1,15A2 凹部
 15A3 接続片
 15B,15B1 エキサイタ側接続部
 17 筐体
 19 磁石
 20 振動部
 21 ボイスコイル
 23 基部
 25 サスペンション
 27 ダンパー
 29 板ばね
 31 取り付け片
 33 締結部材
 35,37 貫通孔
 41 凸部
 43 雄ねじ
 45 凹部
 47 雌ねじ
 49 緩み防止膜
 55 サスペンション
 71,73 ガラス板
 75 中間層
 83 車両
100 エキサイタ付きガラス振動板
 M 質量体
 m 質量
 k,K1,K2 ばね定数
 FSW フロントサイドウインドウ
 RSW リアサイドウインドウ
 WS ウィンドシールド
 RW リアウインドウ
 RG ルーフグレージング
 FQW フロントクォーターウインドウ
 S,S1,S2 ばね
 V1,V2 振動

Claims (18)

  1.  ガラス振動板と、
     ばね材を介して支持される質量体を励振させて振動を発生するエキサイタと、
     前記ガラス振動板と前記エキサイタとを機械的に接続して、前記エキサイタからの振動を前記ガラス振動板に伝達する接続部と、を備え、
     前記ガラス振動板と前記エキサイタとの間のばね定数をk[N/m]、前記質量体の振動部の質量をm[kg]とするとき、式(1)を満足する、エキサイタ付きガラス振動板。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  2.  前記接続部は、
     前記ガラス振動板の主面に設けられた振動板側接続部と、
     前記エキサイタに設けられ、前記エキサイタを前記振動板側接続部に接続するエキサイタ側接続部と、を含む、請求項1に記載のエキサイタ付きガラス振動板。
  3.  前記振動板側接続部は、前記ガラス振動板の主面から板厚方向に突出する凸状の構造を含む、請求項2に記載のエキサイタ付きガラス振動板。
  4.  前記振動板側接続部は、前記ガラス振動板の主面から板厚方向に凹む凹状の構造を含む、請求項2又は3に記載のエキサイタ付きガラス振動板。
  5.  前記振動板側接続部と前記エキサイタ側接続部は、互いに噛み合う雄ねじ及び雌ねじを有するねじ構造を備える、請求項2から4のいずれか1項に記載のエキサイタ付きガラス振動板。
  6.  前記振動板側接続部と前記質量体との間に、前記ばね材と前記エキサイタ側接続部とが直列に接続され、
     前記ばね定数は、前記ガラス振動板と前記質量体との間のばね定数である、
    請求項2から5のいずれか1項に記載のエキサイタ付きガラス振動板。
  7.  前記ガラス振動板は、板厚方向に貫通する貫通孔が設けられ、前記貫通孔に挿入された棒状の締結部材によって前記振動板側接続部と締結されている、請求項2から6のいずれか1項に記載のエキサイタ付きガラス振動板。
  8.  前記振動板側接続部と前記エキサイタ側接続部の少なくとも一方は、金属、セラミックス、ガラス、及び樹脂のうちいずれか1つを含む材料で構成される、請求項2から7のいずれか1項に記載のエキサイタ付きガラス振動板。
  9.  前記振動板側接続部と前記エキサイタ側接続部の少なくとも一方は樹脂材料を含み、前記樹脂材料は、25℃におけるヤング率が10MPa以上である、請求項8に記載のエキサイタ付きガラス振動板。
  10.  前記ばね定数k[N/m]は、1≦k≦100000、を満足する、請求項1から9のいずれか1項に記載のエキサイタ付きガラス振動板。
  11.  前記エキサイタの質量体の質量m[kg]は、0.001≦m≦1、を満足する、請求項1から10のいずれか1項に記載のエキサイタ付きガラス振動板。
  12.  前記ガラス振動板の総厚は、2mm以上である、請求項1から11のいずれか1項に記載のエキサイタ付きガラス振動板。
  13.  前記ガラス振動板の外周の一部又は全周が固定されている、
    請求項1から12のいずれか1項に記載のエキサイタ付きガラス振動板。
  14.  前記ガラス振動板は、単板である、請求項1から13のいずれか1項に記載のエキサイタ付きガラス振動板。
  15.  前記ガラス振動板は、第1ガラス板と、第2ガラス板と、前記第1ガラス板および前記第2ガラス板に挟持される中間膜と、を少なくとも含む合わせガラスである、請求項1から13のいずれか1項に記載のエキサイタ付きガラス振動板。
  16.  請求項1から15のいずれか1項に記載のエキサイタ付きガラス振動板の前記ガラス振動板が、車両用窓ガラスである、車両用振動板。
  17.  前記車両用窓ガラスは、ウィンドシールド、リアウインドウ、ドアウインドウ、サイドウインドウ、ルーフグレージング、フロントクォーターウインドウ及びウィンドリフレクターのうち少なくともいずれかを含む、請求項16に記載の車両用振動板。
  18.  請求項1から15のいずれか1項に記載のエキサイタ付きガラス振動板の前記ガラス振動板が、建築物の窓ガラスである、建築物用振動板。
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