JPS6294099A

JPS6294099A - 圧電振動構成体

Info

Publication number: JPS6294099A
Application number: JP23491085A
Authority: JP
Inventors: Kanenori Kishi; 岸　包典
Original assignee: Sawafuji Dynameca Co Ltd
Current assignee: Sawafuji Dynameca Co Ltd
Priority date: 1985-10-21
Filing date: 1985-10-21
Publication date: 1987-04-30
Also published as: JPH0423998B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、強圧電性セラミック等からなる圧電振動板
を利用した圧電振動構成体に関するものである。

［従来の技術］近年、新素材として脚光を浴びているセラミックの一種
として、ジルコニウム・チタン酸鉛３主成分とするピエ
ゾ効果を持つ強圧電性セラミックが存在している。この
強圧電性セラミックからなる圧電振動板は、強圧電性セ
ラミックの薄片に銀電極面をｙ！、着したものと、１枚
の薄い金属板の片面もしくは両面に貼り合わせて作成さ
れ、それぞれユニモルフ、バイモルフと称して電気音ｇ
変換素子などに用いられている。

このような圧電振動板は、電極面と金属板間に信号電圧
を印加すると、強圧電性セラミックの薄片にはピエゾ効
果により伸縮応力が作用１１．１−記薄片は湾曲振動を
行う、そして、通常一般的には円形の圧電振動板の外縁
端部を支持拘束しで１．二の圧電振動板に凸レンズ状の
湾曲振動モードを生起させ、これにより圧電ブザー、電
話器Ｊ）リンガ−等の発音体が作成される。

ところで、強圧電性セラミックの材買は、弾性率Ｅが水
晶に近く、硬くてもろいので、１記強圧電性セラミック
に各電極面２金属板等を積層してなる圧電振動板の湾曲
振動の共振周波数ｆ。は、普通約２〜５ＫＨｚ付近の比
較的に高い周波数帯にあって、しかも、Ｑ（共振感度）
が大きいために周波数特性において鋭い共振峰を形成す
る。このような性質は、圧電振動板を各種の音１ｆＩ機
器に適用する場合に好まＬ　＜ないやっかいな障害とな
っていた。

一般的に、振動板の物理的現象として、すべての振動板
はその共振周波数ｆ、を境にして、このｆｏ以下の周波
数帯域は弾性領域として定振幅性となり、また、ｆｏ以
上の周波数帯域は慣性領域として定速度性とれなる性質
を有する。

［発明が解決しようとする問題点］上記のような従来の圧電振動板においては、この圧電振
動板３駆動源として、例えばコーン形のスピーカを構成
して自由空間内に一定音圧を持つ各周波数・・ハ音波を
放射ｊ、Ｌコヒすれば、原則として、上記スピーカの振
動系は百／ト周波数帯域内が慣性領域にあって、定速度
性でなげれば成立しない。したがって、このような場合
の圧電振動板の共振周波数ｆ、は、できる限り可聴音域
の低音側に持ち来たすことが必要条件である。

ところが、前述したように圧電振動板の共振周波数ｆｏ
は依然として高く、あえてこの共振周波数ｆｏを低音側
へ移行しようとすれば、圧電振動板の平径を著しく大に
するか、あるいは強圧電性セラミックの薄片を薄くする
以外に良策はなく、結局、再生周波数帯域の広いスピー
カなどの音響変換器は側底実現が困難であるという問題
点があった。

この発明は、かかる問題点を解決”するためになされた
もので、低音側から高音側にわたる広い再生周波数帯域
に対して、良好な周波数特性を呈する音響変換器に好適
な圧電振動板を用いた圧電振動構成体を得ることを目的
とする。

［問題点を解決するための手段］この発明に係わる圧電振動構成体は、圧電振動板の外縁
端部は粘弾性体を介在して質量体に結合してあり５さら
に、この質量体は弾性体を介在してフレームに結合！２
．て構成したものである。

［１ト用］この発明の圧電振動構成体においては、圧電振動板の外
縁端部には質量体と粘弾性体が付設されて拘束されてい
るため、この拘束作用により圧電振動板は、その中心部
が最大振幅をなす凸レンズ状の湾曲振動を生起し、さら
に、上記拘束作用による拘束インピーダンスは、振動周
波数に対してインピーダンスか変動する可変インピーダ
ンスとして作用する。

［実施例コ第１図はこの発明の一実施例である圧電振動構成体を用
いたセラミック形スピーカの構成を示す断面図、第２図
は、第１図のセラミック形スピーカの等価回路図、第３
図は、第１図のセラミック形スピーカの音圧周波数レス
ポンス曲線を示す図である。第１図に示−ｔように、圧
電振動板１は直径３０ｍｍＵＪ−の円形）・′イモルフ
板がらなり、この圧電振動板１の外縁端部は粘弾性環３
を介１．てゴ量環２に結合し、さらに、この質量Ｆｉ（
２は憫状波ひた付きの弾性環４（通常、ダンパーという
〉の内縁端部に結合し、この弾性環４の外縁端部はスピ
ーカなどのフレーム５の頂端開［１部６に接合する。

また、圧電振動板１の中心部付近には抄紙製のコーン形
振動板７の頂縁端部８を結合し１．二のコーン形振動板
７の外縁端部の波びた付きのエツジ９をスピーカのフレ
ーム５の開口端部１０に／′＋ツキング用矢紙１１を重
ねて接合している。

このようにして構成したこの発明に１糸わるスピーカに
おいて、フレーム５の端子１２から信号電圧ｅを供給し
、引き出し線を介して圧ｉ１ｉ　ｆｌｉ動板１の各電極
に印加すると、圧電振動板１に起振力Ｆ、が発生して、
第２図の等価回路に示すように振動速度■１が流入する
。圧電振動板１（インピーダンスＺ１）の外縁端部には
、質量環２及び粘弾性環３のインピーダンスＺ２　　（
ｍ２　、　ｃ２　。

ｒ２）と弾性環４のインピーダンス、乙１（Ｃｔ。

ｒ３）が付設され、その拘束作用により圧電振動板１は
、その中心部が最大振幅をなす凸レンズ状の湾曲振動を
生起し、圧電振動板１の中心部付近に結合したコーン形
振動板７（インピーダンスＺａ）が呈する反作用に拮抗
し、このコーン形振動板７を振動速度Ｖ。で振動駆動さ
せようとする。

この場合、拘束インピーダンスである上記Ｚ２は質量環
２及び粘弾性環３の２２　　（ｍ２．Ｃ２）からなり、
振動周波数に対応してインピーダンスが変動する可変イ
ンピーダンスとなり、上記Ｚ２はハイコンプライアンス
の弾性環４（インピーダンスＺ３）と直列となり、第２
図の等価回路に示すａ−ｂ間をブランチして、コーン形
振動板７（Ｚｏ　）に流入する振動速度ＶＱを制御する
。

すなわち、低周波数（約１０００Ｈｚ以下）では、振動
速度Ｖ１は主として質量環２（ｍ２）の側に流入し、弾
性環４　（Ｚｓ　）のコンプライアンスＣ３と低音共振
周波数ｆ１を形成し、上記ａ−す間の起振力を付勢しつ
つ振動速度ｖ（、をコーン形振動板７　（Ｚｏ　）に送
出する。しかるに、高周波数（約２ＫＨｚ以上）て′は
、インピーダンスＺ２の質量ｍ２はその作用が減退し、
粘弾性環３（ｃ２　、　　ｒ２　）のりアクタンスが主
とし、て作用し、圧電振動板１　（Ｚ＋　）への拘束性
が弱まる結東、振動周波数の増加と共に」二足ａ−＋）
間の起振力が減少する。したがって、コーン形振動板７
（Ｚｏ）流入する振動速度ｖＯはおおよそ一定値になる
ように制御することができ、コーン形振動板７の放射音
圧Ｐ、）／ｅは動作周波数帯域内でほぼ一定値に制御さ
れ、−例として、第３図に示ず音圧周波数レスポンス曲
線のように所望の再生周波数帯域が得られる。なお、こ
の発明による圧電振動構成体では、弾性環４　（Ｚｓ　
）の大きいコンプライアンスＣ３は上記インピーダンス
ｚ２と直列回路となり、低音共振周波数ｆ１を低音側に
引きＦげる効果を持つと同時に、コーン形振動板７と含
むスピーカの全振動系を、コーン形振動板７のエツジつ
と共に安定に保持する役割を持っている。

前述した上記第１図に示す圧電振動構成体では、各振動
要素の相互間の結合を接着剤の塗布によって行っている
。経験的に、大部分の接着剤は粘弾性の経時変化や温度
係数がかなり大であるから、接着剤層の粘弾性抵抗が振
動要素へ介入することは極力回避することが望ましい、
もし、この介入量が大きい場合は、性能のばらつきや、
外部の温度変化に対して、性能が悪化し、特に寒冷時で
の動作に音質の劣化が生ずる。この対策としては、第４
図に示す圧電振動構成体のように、できる限り接着剤の
使用を最小限度にとどめるように構成することが望まし
い。

第４図はこの発明の他の実施例である圧電振動構成体の
構成を示す断面図である。第４図に示す場合には、圧電
振動板１はその外縁端部を囲繞する紐状の粘弾性環３の
Ｕ字溝内にはさみ込み、その両側を２枚の金属製の質量
環２ａ、２ｂにより保持すると同時に、ダンパーをなす
弾性環４の内径部も一緒にはさみ込み、ハトメ、鋲等で
緊締して一体化して構成しである。そして、第４図に示
すように構成した圧電振動構成体は、接着剤をほとんど
使用しないで済む外に、振動方向に左右対称形であるか
ら、乱調による寄生振動が少なく、高調波歪が少なくな
る効果がある。

第５図はこの発明のさらに他の実施例である圧電振動構
成体を用いた送受話用トランスジューサの構成を示す断
面図である。第５図に示す場合は圧電振動板１の背面に
背室１５を形成する背室ケース１３を設け、さらに、圧
電振動板１の前面に前室１８を形成する前室ケース１４
を設けてなる電話器に用いる送受話用トランスジューサ
を構成している。また、上記背室ケース１３には音響抵
抗体１９を付加した漏洩開口部１６を設け、前室ケース
１４には音圧導出孔である音響開口部１７を設けてあり
、それぞれ音響装置インピーダンス回路を構成すること
により、本来の圧電振動構成体の機能とあいまって、所
要の伝送帯域が効率良く構成され、極めて良質の電話器
における送受話用トランスジューサが構成される。

上述したこの発明の圧電振動構成体において、振動要素
となる粘弾性環３は粘弾性の温度係数が小さく、安定で
、かつ機械インピーダンスを求めやすいものとして、シ
リコンゴム、ポリウレタンゴム等の表皮付き発泡材が好
ましく、この場合、所要のインピーダンスは気泡密度に
より大幅に調節され、表面を覆う表皮は材質の安定化と
経時変化を少なくするという効果がある８また、質量環
２は、一般的に約２〜５ｇ程度の金属板製とすることが
好ましく、再生周波数帯域に応じて質量を適宜に選択す
るようにする。さらに、弾性環４は、上記第１図に示す
セラミック形スピーカの場合は通気性のある網状のもの
を用いるが、上記第５図に示す送受話用トランスジュー
サの場合は機密性のポリウレタンゴムの成形品を使用す
ると良い。

なお、上記実施例では、圧を振動板１として起振力の大
きいバイモルフ板を用いた場合について説明したが、当
然ながら比較的に廉価なユニモルフ板を使用しても良い
。

［発明の効果］この発明は、以上説明したとおり、圧電振動構成体にお
いて、圧電振動板の外縁端部は粘弾性体を介在して質量
体に結合してあり、さらに、この質量体は弾性体を介在
１２てフレームに結合した構成としたので、低音側から
高音側にわたる広い再生周波数帯域に対して、良好な周
波数特性を呈する音響変換器に好適な圧電振動板を用い
た圧電振動構成体を、極めて容易に、かつ安定して実現
することができるという優れた効果を奏するものである
や

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例である圧電振動構成体を用
いたセラミック形スピーカのｔｒ４或を示す断面図、第
２図は、第１図のセラミック形スピーカの等価回路図、
第３図は、第１図のセラミック形スピーカの音圧周波数
レスポンス曲線を示す図、第４図はこの発明の他の実施
例である圧振動構成体の構成を示す断面図、第５図はこ
の発明のさらに池の実施例である圧電振動構成体を用い
た送受話用トランスジューサの構成を示す断面図である
。図において、１・・・圧電振動板、２．２ａ、２ｂ・・
・質量環、３・・・粘弾性環、４・・・弾性環、５・・
・フレーム、６・・・頂端開口部、７・・・コーン形振
動板、８・・・頂縁端部、９・・・エツジ、１０・・・
開口端部、１１・・・バッキング用矢紙、１２・・・端
子、１３・・・背室ケース、１４・・・前室ケース、１
５・・・背室、１６・・・漏洩開口部、１７・・・音響
開口部、１８・・・前室、１９・・・音響抵抗体である
。なお、各図中、同一符号は同一、又は相当部分と示す。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）圧電振動板の外縁端部は粘着性体を介して質量体
に結合し、この質量体は弾性体を介してフレームに結合
してなることを特徴とする圧電振動構成体。
（２）前記圧電振動板の中心部付近には、コーン形振動
板等の音響放射体を結合して圧電形スピーカを構成した
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の圧電振動
構成体。
（３）前記圧電振動板の背面に漏洩開口部を有する背室
を設け、前記圧電振動板の前面に音響開口部を有する前
室を設けて送受話用トランスジューサを構成したことを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の圧電振動構成体
。