(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
音響を用いて信号を送信する圧電サウンダであって、
金属板に圧電素子が貼り合わされて構成された圧電振動板と、
前記圧電振動板を収容し、前記圧電振動板の振動に伴って共鳴する共鳴空間が内部に画成されたケースと、
前記圧電振動板の金属板および圧電素子に電気的に接続される一対の端子と
を備え、
前記信号の周波数範囲に圧電サウンダの共振点がない、圧電サウンダ。
【請求項２】
前記ケースの構成材料の曲げ弾性率が６０００ＭＰａ以上である、請求項１に記載の圧電サウンダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響を用いて信号を送信する圧電サウンダに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、発音部品である既存のスピーカと、携帯電話等の端末に搭載されているマイクとを利用して、空気を媒体として端末に信号を送信する通信方法が知られている。（下記特許文献１等）
【０００３】
上記通信方法の応用として、最近では、テレビのスピーカから番組情報のデータを送信したり、小型のヘルスケア装置から数メートル程度の距離だけデータを送信したりする応用が考えられている。
【０００４】
ところが、上記通信方法での利用が考えられている一般的なスピーカはダイナミック型が主であり、このダイナミック型スピーカでは、小型化や軽量化、省電力化が非常に困難である。
【０００５】
そのため、発音部品の小型化に際しては、下記特許文献２に開示されているような、ダイナミック型スピーカに比べて小型化や軽量化、省電力化が容易な圧電サウンダが好適である。小型の圧電サウンダとしては、たとえば、１３ｍｍ径以下、８ｍｍ高さ以下のケース寸法を実現することができる。
【０００６】
このような圧電サウンダにおいては、１６〜２０ｋＨｚの周波数帯域が近距離送信に適しており、１６ｋＨｚより低い周波数では音が聞こえ易くなるために通信に向かず、また、２０ｋＨｚより高い周波数ではデータ送信速度が遅くなってしまい、データ通信には不向きである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許４２９５７８１号
【特許文献２】特開平１１−５２９５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、発音部品として上述の小型の圧電サウンダを採用した場合、１６〜２０ｋＨｚの周波数帯域において、一部の信号が、所定の距離（近距離）に位置する受信用マイクまで届かないという不安定な通信状態になることがあった。
【０００９】
発明者らは、この通信の安定性について鋭意検討し、その原因が圧電サウンダの共振点に関係していることを見出した。
【００１０】
そこで、本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、通信の安定性向上が図られた圧電サウンダを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る圧電サウンダは、音響を用いて信号を送信する圧電サウンダであって、金属板に圧電素子が貼り合わされて構成された圧電振動板と、圧電振動板を収容し、圧電振動板の振動に伴って共鳴する共鳴空間が内部に画成されたケースと、圧電振動板の金属板および圧電素子に電気的に接続される一対の端子とを備え、信号の周波数範囲に圧電サウンダの共振点がない。
【００１２】
発明者らは、圧電サウンダの共振点が送信する信号の周波数帯域にあるときに、その共振点において、信号伝達距離が著しく短縮されることを新たに見出した。そこで、本発明の圧電サウンダにおいては、共振点を送信する信号の周波数帯域から外すことで、そのような信号伝達距離の短縮を回避して、通信の安定性向上が図られている。
【００１３】
また、ケースの構成材料の曲げ弾性率が６０００ＭＰａ以上である態様であってもよい。この場合、複数の圧電サウンダ間における共振点のバラツキが抑制されるため、同一設計の複数の圧電サウンダにおいて通信の安定性向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、通信の安定性向上が図られた圧電サウンダが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る圧電サウンダを示す概略平面図である。
【図２】図２は、図１に示す圧電サウンダのＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】図３は、図１、２に示す圧電サウンダの共振点付近の等価回路を示した図である。
【図４】図４は、図１、２に示す圧電サウンダのインピーダンス特性を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１７】
本発明に係る圧電サウンダは、空気を媒体とする音響信号を発信する装置であり、たとえば０．１ｍ〜２ｍ程度の近距離通信において使用される。
【００１８】
図１および図２に示すように、圧電サウンダ１０は、ケース１２内に圧電振動板１５を収容した構造を有している。
【００１９】
圧電振動板１５は、円板状であり、金属板１６の下面に圧電素子１８を接着剤を用いて貼り合わせた構造を有する。圧電素子１８としては、たとえばチタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックスなどの圧電セラミックスを用いることができる。
【００２０】
ケース１２は、上部ケース１３と下部ケース１４とで構成されており、これらの間に圧電振動板１５の振動に伴って共鳴する共鳴空間Ｓが画成されている。ケース寸法は、直径（φ）が１３ｍｍ以下（たとえば、１２ｍｍ）であり、高さ（Ｈ）が８ｍｍ以下（たとえば、３．５ｍｍ）である。ケース寸法が、この程度に小さいため、圧電サウンダ１０は実用上十分な小型化が図られている。
【００２１】
上部ケース１３は、圧電振動板１５を上方から覆うように配置されており、その天板部には放音孔として開口１２ａが設けられている。また、下部ケース１４は、圧電振動板１５を下方から支持するように配置されており、圧電振動板１５側に突出する環状支持部において圧電振動板１５の縁を支持している。
【００２２】
ケース１２の上部ケース１３および下部ケース１４はいずれも、ＰＢＴ樹脂やＡＢＳ樹脂等の合成樹脂で構成されている。また、上部ケース１３および下部ケース１４の構成材料はいずれも、高い曲げ弾性率を有しており、ＩＳＯ１７８準拠の測定試験において、その曲げ弾性率は６０００ＭＰａ以上、好ましくは７３００ＭＰａ以上（たとえば、７６００ＭＰａ）である。
【００２３】
金属板１６の下面には第１の端子１７が電気的に接続され、圧電素子１８の下面には第２の端子１９が接続されており、これらの端子対１７、１９は、ケース１２外まで引き出された端部１７ａ、１９ａにおいて外部電極（図示せず）と接続されている。
【００２４】
圧電サウンダ１０は、上記構造を有するため、一対の端子１７、１９間に電圧の向きが交互に変わる信号（交流電圧）を入力すると、圧電素子１８が面方向に伸縮して圧電振動板１５が振動し、所定周波数の音波を発する。
【００２５】
次に、上述した圧電サウンダ１０の共振点について、図３および図４を参照しつつ説明する。
【００２６】
圧電サウンダ１０の共振点（共振周波数（ｆｒ）および反共振周波数（ｆａ））は、図３に示すような共振周波数近傍の等価回路に基づき、以下のように表すことができる。
【数１】
0005578218.tif 000002
【数２】
0005578218.tif 000003
【００２７】
図３および上記２式において、Ｌ１は直列インダクタンス、Ｃ１は直列容量、Ｃ０は並列容量、Ｒ１は直列抵抗を示している。
【００２８】
そして、圧電サウンダ１０の共振周波数（ｆｒ）および反共振周波数（ｆａ）を実際に求める場合には、圧電サウンダ１０の端子対１７、１９にインピーダンスアナライザを接続して、周波数を掃引し、インピーダンスと位相を測定して共振点を割り出す。インピーダンスアナライザとしては、たとえばヒューレットパッカード社製４１９４を用いることができる。
【００２９】
図４は、圧電サウンダ１０のインピーダンス特性を示すグラフであり、グラフ中に共振点ｆｒ、ｆａを示している。このグラフに示すように、圧電サウンダ１０には、ケース１２や圧電振動板１５、端子対１７、１９等の構成部品に起因する複数の共振点ｆｒ、ｆａが存在している。
【００３０】
圧電サウンダ１０は、送信する信号の周波数範囲として、図４においてドットで示した１８ｋＨｚ近傍の周波数帯域（より具体的には、１６ｋＨｚ〜２０ｋＨｚ帯域）が用いられる。圧電サウンダ１０においては、１６〜２０ｋＨｚの周波数帯域が近距離送信に適しており、１６ｋＨｚより低い周波数では音が聞こえ易くなるために通信に向かず、また、２０ｋＨｚより高い周波数ではデータ送信速度が遅くなってしまい、データ通信には不向きである。
【００３１】
そして、圧電サウンダ１０においては、１６〜２０ｋＨｚの周波数帯域に圧電サウンダ１０のいずれの共振点ｆｒ、ｆａも存在してない。
【００３２】
ここで、発明者らは、圧電サウンダの共振点ｆｒ、ｆａのいずれかが、送信する信号の周波数帯域にあるときに、その共振点において、信号伝達距離が著しく短縮されることを新たに見出した。これは、圧電サウンダの音響信号を送信するエネルギーが、圧電サウンダの共振エネルギーに費やされるために、その信号伝達距離が短縮されるものと考えられる。
【００３３】
そこで、発明者らは、圧電サウンダ１０のいずれの共振点ｆｒ、ｆａも、送信する信号の周波数帯域である１８ｋＨｚ近傍の周波数帯域から外すことで、共振点で生じる信号伝達距離の短縮を回避した。すなわち、圧電サウンダ１０においては、送信する信号の周波数帯域の全域において、信号伝達距離の短縮がないため、設計どおりの距離において確実に通信することができ、通信の高い安定性が実現されている。
【００３４】
加えて、圧電サウンダ１０においては、上述したとおり、ケース１２を構成する合成樹脂の曲げ弾性率が６０００ＭＰａ以上である。ケース１２を構成する合成樹脂の曲げ弾性率が６０００ＭＰａより小さい場合には、上記１８ｋＨｚ近傍の周波数帯域（１６ｋＨｚ〜２０ｋＨｚ帯域）に共振点がシフトする虞があり、その場合には通信の安定性が低下してしまうが、６０００ＭＰａ以上であれば共振点のシフトが効果的に抑制されるため、複数の圧電サウンダ１０を作製したときに、複数の圧電サウンダ１０間において、共振点ｆｒ、ｆａのバラツキが抑制される。したがって、同一設計の複数の圧電サウンダ１０において、いずれの圧電サウンダ１０も通信の高い安定性を実現することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１０…圧電サウンダ、１２…ケース、１５…圧電振動板、１６…金属板、１７、１９…端子、１８…圧電素子。
【図１】
0005578218.tif 000004
【図２】
0005578218.tif 000005
【図３】
0005578218.tif 000006
【図４】
0005578218.tif 000007