WO1998018291A1 - Vibrateur acoustique piezo-electrique et haut-parleur utilisant ledit vibrateur acoustique piezo-electrique correspondant - Google Patents

Description

明細書 音響用圧電振動体およ び圧電振動体を用 いた ス ピー カ 技術分野

本発明はス ピ一 力 な どの音響装置に用 い る 発音源 と しての圧電振 動体およ び該圧電振動体を用 いたス ピー 力 に関する。 背景技術

ス ピー カ等の音響機器の音源と して圧電振動板、 例えばバイ モル フ を用 い る こ と が知 られてい る。 然 し なが ら圧電振動板は特に高音 特性に優れてい るが、 特定の周波数につ いて圧電振動板内で共振が 発生 して ピー ク 振動数を持ち 、 従来技術では、 幅広い周波数帯域で フ ラ ッ ト な特性を得る こ と に成功 していな い。

ま た、 圧電振動板の振幅は小さ く 、 従 っ て圧電振動板を用 いて低 音の音圧を十分に高 く す る こ と は困難であ る と い う 問題があ る。 発明の開示

本発明は こ う し た従来技術の問題を解決す る こ と を技術課題と し てい る。

上記問題点を解決する ために本発明に よれば、 圧電振動板の周辺 部にエ ラ ス ト マか ら成る振動制御片を取付け、 圧電振動板の中心と 振動制御片の重心と を結ぶ直線の対 し て垂直をな し、 かつ、 圧電振 動板の中心を通 る軸線と 、 振動制御片の質量中心線と の距離が、 前 記軸線に沿 っ て変化する よ う に振動制御片の形状を定めた こ と を特 徵と する圧電振動体が提供さ れる。

ま た、 本発明の他の特徴によれば、 圧電振動板の周辺部にエ ラ ス ト マか ら成る振動制御片を取付け、 圧電振動板の中心と振動制御片 の重心と を結ぶ直線に平行な複数の直線に よ る前記振動制御片の切 片の質量が、 前記直線に垂直で、 かつ、 圧電振動板の中心を通 る軸 線に沿 っ て変化す る よ う に振動制御片の形状を定めた こ と を特徴と す る圧電振動体が提供さ れる。

前記圧電振動体が円形の金属板の両面の概ね全面にわた っ て圧電 素子層を設け る こ と ができ る。

更に本発明の他の特徴に よれば、 ス ピー カ ボ ッ ク ス に低音用のダ ィ ナ ミ ッ ク ス ピー カ と 中高音発生用の音響振動板を配置 し、 該音響 振動板を圧電振動板によ つ て振動せ し め る よ う に し た ス ピー 力が提 供 さ れ る ： こ の ス ピー カ にお いて、 低音は ダ イ ナ ミ ッ ク ス ピー カ が 担当 し 、 中高音は圧電振動板によ っ て駆動せ しめ られる音響振動板 が担当する。

音響振動板は、 好ま し く は、 薄肉平板状をなす と共に該音響振動 板を弾性部材を介 してス ピー カ ボ ッ ク ス によ り 支持さ れてお り 、 該 音響振動板の背面上に互いに間隔を隔てて各圧電振動板が配置 さ れ て い る 。

更に、 前記圧電振動体を前記音響振動板の背面において互い に重 な り 合 う よ う に層状に配置 して も よ い。 図面の簡単な説明

図 1 は本発明第 1 実施例によ る圧電振動体の平面図であ り 、 図 2 は圧電振動体をス ピー力 の音響振動板に取 り 付けた状態で示 す、 図 1 の矢視線 Π - I I に沿 う 圧電振動体の断面図であ り 、

図 3 は本発明第 2 実施例に よ る圧電振動体の平面図であ り 、 図 4 は本発明第 3 実施例によ る圧電振動体の平面図であ り 、 図 5 は本発明第 4 実施例によ る圧電振動体の平面図であ り 、 図 6 は圧電振動体を ス ピー 力 の振動板に取 り 付けた状態で示す、 図 5 の矢視線 V卜 V 1 に沿 う 圧電振動体の断面図であ り 、

図 7 は本発明の圧電振動体を用 いた ス ピー カ の好ま し い実施例の 正面図であ り 、

図 8 は図 7 の ス ピー カ の側面断面図であ り 、

図 9 は本発明の圧電振動体を用 いたス ピー 力 の他の実施例の略示 斜視図であ り 、

図 1 0 は図 9 のス ピー カ に用 い られる音響振動板の背面図であ り 、 音響振動板の背面において互いに重な り 合 う よ う に層状に配置 し た前記圧電振動体を示す図であ る。 発明を実施する最良の態様

図 1 、 2 を参照する と 、 本発明の第 1 実施例によ る圧電振動体 1 0 は、 そ の両側面上に圧電素子層 1 4 (図 2 に は示さ れていない） が形成さ れた圧電振動板 1 2 を具備 してい る。 こ の圧電振動板 1 2 に音声信号を印加する と 、 圧電振動板 1 2 は、 音声信号の電圧 レべ ルに応 じて前後方向に湾曲を繰返す。 ま た、 圧電振動板 1 2 の中心 部は、 ロ ッ ド 8 a 、 ナ ッ ト 8 b 、 ブラ ケ ッ ト 8 c か ら成る取付組立 体 8 を介 して音響振動板 6 に取 り 付け られてい る。 ブラ ケ ッ 卜 8 c は、 好ま し く は、 適当な接着剤ま た は両面テー プに よ り 音響振動板 6 に取着さ れる。

図 1 、 2 に示さ れる実施例では、 圧電振動板 1 2 は湾曲 しやすい よ う に円板の互いに対向す る側部を切除 したよ う な形状を有 してい る。 ま た、 圧電振動板 1 2 の互いに対向す る両端部に は一対の振動 制御片 1 6 が固着さ れてい る。 振動制御片 1 6 は弾性材料、 好ま し く は、 合成ゴム 、 天然ゴム 、 低密度ポ リ エチ レ ン 、 軟質塩化 ビニル プラ ス チ ッ ク 等のエラ ス 卜 マ材料か ら成る。 なお、 図 1 に示す実施 例では圧電振動板 1 2 において振動制御片 1 6 の固着さ れてい る面 と は反対側の面に は、 振動制御片 1 6 と 同 じ よ う にエラ ス ト マ材料 か ら成る積層構造 1 8 が固着さ れてい る。 振動制御片 1 6 と 積層構 造 1 8 は、 好ま し く は、 適当な接着剤によ り 圧電振動板 1 2 に接着 さ れる。

前述のよ う に圧電振動板 1 2 に音声信号が印加さ れる と 、 圧電振 動板 1 2 は前後方向に湾曲を繰返す。 圧電振動板 1 2 が湾曲 した と き に振動制御片 1 6 は慣性質量体と しての役 目 を果 し、 従 っ て、 こ の と き 振動制御片 1 6 は慣性力によ っ て元の位置に停止 し続けよ う と す る ので圧電振動板 1 2 の中心部が前後方向に移動 し、 斯 く して ロ ッ ド 8 a を介 して音響振動板 6 が振動せ しめ られる こ と にな る。 ま た、 振動制御片 1 6 は圧電振動板 1 2 の振動を吸収 し、 圧電振動 板 1 2 の共振作用を抑制 して フ ラ ッ 卜 な音圧 レベルを確保する機能 を果す。

図 1 を参照 して振動制御片 1 6 を更に詳細に説明す る。 図 1 にお いて、 圧電振動体 1 0 の軸線 a は、 圧電振動板 1 2 の中心を通 り 、 かつ、 一対の振動制御片 1 6 の各々 の重心 G を結ぶ軸線 A _g に対 し て垂直な軸線であ る。 図 1 において振動制御片 1 6 は台形形状を有 して い るが、 軸線 a に対 して垂直な直線によ り 分割 さ れる微小な切 片部分 1 6 a、 1 6 b、 . . . 1 6 n を考えた場合、 振動制御片 1 6 の形状は、 微少な切片部分の各々 の質量が軸線 a に沿 つ て変化す る形状と な っ てい る。 こ の構成では、 一対の振動制御片 1 6 によ り 、 質量の変化する無限の個数の質量部分によ り 圧電振動板 1 2 の振 動が抑制さ れるの と 同様の効果を奏 し 、 多様な振動モー ドが制御さ れる と 考え ら る。

図 1 の実施例では、 圧電振動体 1 0 は一対の振動制御片 1 6 を有 してい るが、 本発明は こ れに限定さ れな い。 図 3 に示す本発明の第 2 の実施例によ る圧電振動体 1 0 ' は、 一対の振動制御片 1 6 に代 えて、 複数の部分 1 6 a 、 1 6 b 、 1 6 c か ら成る一対の振動制御 片 1 6 ' を具備 して い る点を除いて、 図 1 の圧電振動体 1 0 と概ね 同 じ構成を有 してい る。 第 2 の実施例に よ る振動制御片 1 6 ' は複 数の部分 1 6 a 、 1 6 b 、 1 6 c に分割さ れてはい るが、 全体と し てみれば、 図 1 の振動制御片 1 6 と 同様に作用する こ と は当業者に は明 らかであ ろ う 。

次に、 図 4 を参照する と 、 本発明の第 3 の実施例によ る圧電振動 体 2 0 は、 その両側面上に圧電素子層 2 4 が形成さ れた圧電振動板 2 2 を具備 してい る。 圧電振動板 2 2 の互いに対向する両端部には 平行四辺形に形成さ れた一対の振動制御片 2 6 が固着さ れてい る。 振動制御片 2 6 は図 1 の振動制御片 1 6 と 同様の材料にて形成さ れ る。

図 4 において、 圧電振動体 2 0 の軸線 a は、 圧電振動板 2 2 の中 心を通 り 、 かつ、 一対の振動制御片 2 6 の各々 の重心 G を結ぶ軸線 A g に対 して垂直な軸線であ る。 振動制御片 2 6 は平行四辺形を呈 してい るが、 軸線 a に対 して垂直な直線に よ り 分割 さ れる 多数の微 小な切片部分 2 6 a 、 2 6 b , . . . 2 6 n を考えた場合、 振動制 御片 2 6 の形状は、 切片部分 2 6 a 、 2 6 b , . . . 2 6 n の各々 の質量中心を通過す る軸線 a _κ と軸線 a と の間の距離が、 軸線 a に 沿っ て変化す る形状と な っ てい る。 こ の構成では、 一対の振動制御 片 2 6 によ り 、 質量中心位置が軸線 a に対 して変化する無限の個数 の同 じ質量に よ り 圧電振動板 2 2 の振動が抑制さ れるの と 同様の効 果を奏 し 、 多様な振動モー ドが制御 さ れる と 考え ら る。

以下、 図 5 、 6 を参照 して本発明の第 4 の実施例を説明する。 本 実施例によ る圧電振動体 3 0 は円形の圧電振動板 3 2 と 、 該圧電振 動板の中心を挟んで両側に配設さ れた一対の振動制御片 3 4 と を具 備 してい る。 上述の実施例の圧電振動板は円形の金属板の概ね中心 領域にのみ圧電素子層を設け、 円盤の互いに対向す る側部を切除 し て形成さ れてい る。 こ れに対 して本実施例に よ る圧電振動板 3 2 は 、 円形の金属板 3 2 a の両面の概ね全面にわた っ て圧電素子層ま た はバイ モルフ層 3 2 b を設けて形成さ れてい る。 ま た、 圧電振動板 3 2 の中心部は、 ロ ッ ド 3 6 a 、 ナ ッ ト 3 6 b 、 ブラ ケ ッ ト 3 6 c か ら成る取付組立体 3 6 を介 して音響振動板 6 に取 り 付け られてい る。 ブラ ケ ッ ト 3 6 c は、 好ま し く は、 適当な接着剤ま た は両面テ ー プに よ り 音響振動板 6 に取着さ れる。

更に、 圧電振動板 3 2 の片面に は一対の振動制御片 3 4 が取 り 付 け られてい る。 図 5 において、 圧電振動体 3 0 の轴線 a は、 圧電振 動板 3 2 の中心を通 り 、 かつ、 一対の振動制御片 3 4 の各々 の重心 G を結ぶ铀線 A e に対 して垂直な軸線であ る。 図 5 において振動制 御片 3 4 は、 図 1 の実施例 と 同様に台形ま たは概ね三角形を呈 して い るが、 轴線 a に対 して垂直な直線によ り 分割さ れる複数の微小な 切片部分 3 4 a 、 3 4 b , . . . 3 4 n を考えた場合、 振動制御片

3 4 の形状は、 軸線 a に沿 っ て大 き さ の変化す る微小な切片部分の 集合体形状と な っ てい る。 従 っ て、 本発明実施例の圧電振動体 3 0 を用 い る こ と によ り 、 特定の振動数において ピー ク を持つ こ と な く 広い周波数帯域で フ ラ ッ ト な音圧特性が得 られる こ と にな る。

ま た、 本実施例の圧電振動板 3 2 は、 図 1 の実施例の圧電振動板

1 2 のよ う に圧電素子層を備えな い周辺領域を有 してお らず、 円形 金属板 3 2 a の片側の概ね全面が圧電素子層 3 2 b に よ り 覆われて い る。 従 っ て、 圧電振動板において圧電素子層が形成さ れていない 周辺領域において、 電気信号によ り 圧電素子層に与え られた振動と は異な る振動が発生する こ と がな く 、 よ り 忠実な音源再生が可能と な る。 実験的に は、 圧電振動板 3 2 の外周 に沿っ て全面積の 5 %程 度の圧電素子層が設け られていな い領域を含んでいて も十分な特性 が得 られた。

図 5 の圧電振動体 3 0 は、 図 1 と 同様の振動制御片 3 4 を具備 し てい るが、 圧電振動板 3 2 に図 3 、 4 に示すよ う な振動制御片を固 着 して も よ い。

次に本発明の圧電振動体を用 いた ス ピー カ を説明する。

図 7 、 8 を参照する と 、 ス ピー カ 4 0 はス ピー カ ボ ッ ク ス 4 2 を 具備 してお り 、 4 6 は低音用のダイ ナ ミ ッ ク ス ピーカ 、 4 8 はダク ト 、 4 4 は中高音発生用の薄肉平板状音響振動板、 5 0 は音響振動 板 4 4 の背面において互いに間隔を隔てて配置さ れた 1 ま た は複数 個の圧電振動体を夫々 示 してい る。 音響振動板 4 4 は、 例えば繊維 強化プラ ス チ ッ ク ゃ、 発泡ス チ ロ ールの両面にプラ スチ ッ ク 板を張 り 合わせた積層板な どか ら形成する こ と がで き る。 ま た、 圧電振動 体 5 0 は、 上述 し た圧電振動体 1 0 、 2 0 、 3 0 、 4 0 を代表 して い る。

ス ピー カ ボ ッ ク ス 4 2 内 は隔壁 5 2 に よ っ て大き な容積の部屋 5 8 と 小さ な容積の部屋 5 4 と に完全に分離 さ れてい る。 大き な部屋 5 8 はダ ク 卜 4 8 を介 し て外気に連通 してお り 、 従 っ て ダイ ナ ミ ッ ク ス ピー カ 4 6 についてみる と バス フ レ ツ ク ス型の構造を有 してい る。 一方、 音響振動板 4 4 の周辺部は弾性部材 5 6 を介 してス ピー 力 ボ ッ ク ス 4 2 によ り 支持さ れてお り 、 従 っ て小さ な部屋 5 4 は実 質的に密閉空間と な っ てい る。

次に、 図 9 、 1 0 を参照 して、 本発明の他の実施例によ る ス ピ一 力 を説明する。 本実施例 によ る ス ピー カ 6 0 は、 そのス ピー カ ボ ッ ク ス 3 2 の前面に中高音再生用の音響振動板 6 4 と 低音再生用 ダイ ナ ミ ッ ク ス ピー カ 6 6 が配設さ れてい る。 音響振動板 6 4 は、 図 7 、 8 の実施例 と 同様に形成する こ と がで き る。 音響振動板 6 4 の背面に は、 複数の圧電振動体 7 0 が互いに重な り 合 う よ う に取着さ れる。 特に、 図 1 0 に示す施形態では、 1 0 個 の圧電振動体 7 0 が横並びに 3 列にて配設さ れてお り 、 その う ち中 央に配列 さ れた 4 個の圧電振動体 7 0 は、 その圧電振動板が他の圧 電振動体 7 0 よ り も音響振動板 6 4 か ら離間す る よ う に して、 1 0 個の圧電振動体 7 0 が全体と して層をなすよ う に取 り 付け られてい る。 こ のよ う に構成す る こ と に よ り 、 圧電振動体 7 0 を図 7 、 8 に 示す実施例よ り も高い密度で音響振動板 6 4 の背面に取 り 付け る こ と が可能と な る ので音圧、 特に中高音域におけ る音圧を高 く する こ と がで き る 。 ま た、 本実施形態では圧電振動体 7 0 は音響振動板 6 4 の背面に直接取 り 付け られて い るが、 圧電振動体と 音響振動板の 間に他の部材を介在さ せて も よ い。

圧電振動体 5 0 、 7 0 は、 中音域か ら高音域つ ま り 5 0 0 H z か ら 2 0 k H z それ以上の周波数範囲の音声信号に対 して応答性がよ く 、 従 っ て圧電振動板 5 0 、 7 0 を用 いて音響振動板 4 4 、 6 4 を 振動さ せる と音色のよ く 、 かつ、 音圧の高い中高音が得 られる。 一 方、 ダイ ナ ミ ッ ク ス ピー カ 4 6 、 6 6 によ っ て音色のよ い十分に音 圧の高い低音が得 られる。

既述の説明か ら明 らかな よ う に、 本発明に よれば、 ス ピー カ の周 波数特性が広い範囲で フ ラ ッ 卜 特性と な り 、 かつ、 低音か ら高音に わた っ て高い音圧が得 られる。

Claims

請求の範囲

1 . 圧電振動板の周辺部にエ ラ ス 卜 マか ら成る振動制御片を取付け

、 圧電振動板の中心と振動制御片の重心と を結ぶ直線の対 して垂直 をな し、 かつ、 圧電振動板の中心を通る軸線と 、 振動制御片の質量 中心線と の距離が、 前記軸線に沿っ て変化する よ う に振動制御片の 形状を定めた こ と を特徴と する圧電振動体。

2 . 圧電振動板の周辺部にエ ラ ス ト マか ら成る振動制御片を取付け 、 圧電振動板の中心と 振動制御片の重心 と を結ぶ直線に平行な複数 の直線によ る前記振動制御片の切片の質量が、 前記直線に垂直で、 かつ、 圧電振動板の中心を通 る軸線に沿 っ て変化す る よ う に振動制 御片の形状を定めた こ と を特徴と す る圧電振動体。

3 . 前記圧電振動体が円形の金属板の両面の概ね全面にわた っ て圧 電素子層を設けた圧電振動体を具備する請求項 1 ま た は 2 に記載の 圧電振動体。

4 . ス ピー カ ボ ッ ク ス に低音用のダイ ナ ミ ッ ク ス ピー カ と 中高音発 生用 の音響振動板を配置 し 、 該音響振動板を請求項 1 か ら 3 の何れ 力、 1 項に記載の圧電振動板によ っ て振動せ しめ る よ う に し たス ピー 力 =

5 . 該音響振動板が薄肉平板状をなす と 共に該音響振動板を弾性部 材を介 して ス ピー カ ボ ッ ク ス によ り 支持 し 、 該音響振動板の背面上 に互いに間隔を隔てて各圧電振動板を配置 し た請求項 4 に記載のス ピ一 力 。

6 . 複数の前記圧電振動体を前記音響振動板の背面において互いに 重な り 合 う よ う に層状に配置 し た請求項 4 に記載のス ピー カ。