(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円環状の圧電素子と、半球形に成形され前記圧電素子の少なくとも一方の面に接着固定されたドーム型振動板と、該ドーム型振動板の内部と外部とをつなぐ閉塞可能な孔とを備えたことを特徴とする圧電スピーカ。
【請求項２】
前記ドーム型振動板が前記圧電素子の外周部に接着固定されたことを特徴とする請求項１に記載の圧電スピーカ。
【請求項３】
前記圧電素子の内周部または外周部のいずれか一方が弾性体を介してフレームに保持され、前記圧電素子の外周部または内周部のいずれか他方がフリーであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧電スピーカ。
【請求項４】
前記圧電素子の両面にそれぞれ前記ドーム型振動板が接着固定されたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の圧電スピーカ。
【請求項５】
前記圧電素子が厚み方向に分極処理されるとともに面方向に伸縮振動するモードに設定されたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の圧電スピーカ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は音響機器等に用いられる圧電スピーカに関し、特に、良好な周波数特性を有し、広帯域を再生する圧電スピーカに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４〜図６は従来の圧電スピーカの構造を示す側面断面図である。
図４の圧電スピーカは圧電セラミックス薄板１０１の片面に金属板１０２を接着したもので、ユニモルフ型と称されている。また、金属板の両面に圧電セラミックス薄板を接着したものはバイモルフ型と称されている。両者とも圧電セラミックス薄板の伸縮により金属板を屈曲させて音波を得るものであり、バイモルフ型の方が効率が高い。
【０００３】
また、図５の圧電スピーカは、外周部がフレーム１０３に支持された円錐型振動板１０４の頂部を、金属板１０５に接着した圧電素子１０６に連結した構造となっており、上述したものと同様に、圧電素子１０６の伸縮と金属板１０５の屈曲により生じた圧電素子１０６中央部の上下振動を円錐型振動板１０４に伝達し、音響放射するものである。
【０００４】
さらに、図６の圧電スピーカは、内部をドーム、外部をコーンとした形状を有し一般にセミドームと称される振動板１０７を用い、ドーム部１０７ａの外周部を圧電素子１０８に接着し、コーン部１０７ｂの外周部をフレーム１０９に接着固定したものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の圧電スピーカには以下のような問題点がある。即ち、図４に示すユニモルフ型やバイモルフ型の構造のものでは、金属板の材質・形状によって決まる共振周波数において高能率の音波が得られ、単一の音を放射するには構造も単純であり、有利であるが、再生周波数帯域が狭く、広帯域の音声を再生するには甚だ不適当である。
【０００６】
また、図５に示す構造のものでは、円錐型振動板１０４から音響放射するため、再生帯域は若干広くなるものの、金属板１０５による共振周波数の影響は無視し得ず、広帯域のスピーカとして使用できるほどの周波数特性を得ることはできない。
【０００７】
また、図６に示す構造のものでは、圧電素子１０８は振動板１０７により垂架された状態となり、圧電素子１０８は固定されずにほぼ自由な状態で伸縮運動を行うことができるが、コーン部１０７ａとドーム部１０７ｂの境界部で伸縮が生じるため、コーン部１０７ａとドーム部１０７ｂの伸縮運動が逆になる。即ち、ドーム部１０７ｂが伸張するときにコーン部１０７ａが収縮することになり、逆位相の運動となるため、出力音圧レベルが著しく低く、また、ピーク／ディップの大きな周波数特性となる。
【０００８】
本発明は上述した問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、周波数特性が平坦であり、広帯域を再生し、構造が簡素でかつ製造の容易な圧電スピーカを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するために、請求項１の圧電スピーカは、円環状の圧電素子と、半球形に成形され前記圧電素子の少なくとも一方の面に接着固定されたドーム型振動板と、該ドーム型振動板の内部と外部とをつなぐ閉塞可能な孔とを備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
このような構成によれば、圧電素子が円環状であるため、伸縮はその径方向に生じ、全周にわたって均一に振動する。また、圧電素子の伸縮運動がドーム型振動板の上下振動に変換されるが、ドーム型振動板は半球形であるため、圧電素子とドーム型振動板との接触角が垂直に近く、ドーム型振動板の振動方向に対する剛性が大きくなる。よって、高域再生に有利であるとともに変換効率も高くなる。また、従来の圧電スピーカのような金属板による共振現象の発生が無いので、著しいピーク／ディップの無い平坦な周波数特性が得られる。さらに、ドーム型振動板の内部と外部とをつなぐ孔を設けたことによって、ドーム型振動板の内部と外部の気圧変化を補償することができる。
【００１１】
また、請求項２の圧電スピーカは、請求項１の圧電スピーカにおいて、前記ドーム型振動板が前記圧電素子の外周部に接着固定されたことを特徴とするものである。
【００１２】
この場合、ドーム型振動板と圧電素子との接触面積が大きいため、ドーム型振動板の振幅が大きくなり、より高い能率が得られる。
【００１３】
また、請求項３の圧電スピーカは、請求項１または請求項２の圧電スピーカにおいて、前記圧電素子の内周部または外周部のいずれか一方が弾性体を介してフレームに保持され、前記圧電素子の外周部または内周部のいずれか他方がフリーであることを特徴とするものである。
【００１４】
この場合、圧電素子が殆ど拘束を受けず、ほぼ自由な状態で伸縮運動を行うことができるため、より平坦な周波数特性と高い能率が得られる。
【００１５】
また、請求項４の圧電スピーカは、請求項１〜請求項３の圧電スピーカにおいて、前記圧電素子の両面にそれぞれ前記ドーム型振動板が接着固定されたことを特徴とするものである。
【００１６】
この場合、二個のドーム型振動板が同一の伸縮運動で駆動されるため、略３６０゜の全方位に同位相の音波が放射される発音体となる。
【００１７】
また、請求項５の圧電スピーカは、請求項１〜請求項４の圧電スピーカにおいて、前記圧電素子が厚み方向に分極処理されるとともに面方向に伸縮振動するモードに設定されたことを特徴とするものである。
【００１８】
この場合、圧電素子の厚み方向に電圧を印加することになるため、製造が容易である。また、圧電素子の振動方向と電圧の印加方向とが直交しているため、共振周波数を低くすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施形態を図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の第１の実施形態である圧電スピーカの側面断面図、図２は第１の実施形態の圧電スピーカにより得られた周波数特性図である。
【００２０】
図１において、１はドーム型振動板であり、厚さ３５μｍのポリエーテルイミドフィルムを直径２０ｍｍの略半球となるように成形したものである。２は円環状のセラミックス圧電素子であり、両面に銀電極が設けられ、厚さ方向に分極処理されている。圧電素子２は内周部が弾性体３を介してフレーム４に保持されている。弾性体３としては、例えば、ブチルゴムの成形品を用いることができる。５はドーム型振動板１の内部と外部の気圧変化を補償するために設けられた孔であり、この孔５は、通気性を有する多孔質体等により閉塞することも可能である。６は圧電素子２の両面の電極に信号電圧を印加するためのリード線である。
【００２１】
圧電素子２は内周部側においてのみ弾性体３を介してフレーム４に固定されており、殆ど拘束を受けず、ほぼ自由な状態で伸縮運動を行うことができる。圧電素子２は円環状であるため、伸縮はその径方向に生じ、全周にわたって均一に振動する。ドーム型振動板１は圧電素子２の外周部に接着固定されており、これによって圧電素子２との接触面積を大きくすることができ、大きな振幅を取り出すことができる。圧電素子２の伸縮運動をドーム型振動板１の上下振動に変換するわけであるが、圧電素子２とドーム型振動板１との接触角が垂直に近いほど、ドーム型振動板１の振動方向に対する剛性が大きくなり、高域再生に有利であるとともに変換効率も高くすることができるため、半球状の振動板が最適である。
【００２２】
この圧電スピーカ１によれば、従来の圧電スピーカのような金属板による共振現象の発生も無く、図２に示すように、著しいピーク／ディップの無い平坦な周波数特性が得られる。
【００２３】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図３は本発明の第２の実施形態である圧電スピーカの側面断面図である。
なお、第１の実施形態と対応する部分には同一の符号を付してある。
【００２４】
本実施形態では、圧電素子２の両面にそれぞれ同形状・同材質のドーム型振動板１が接着固定されている。そして、圧電素子２の外周部が弾性体３を介してフレーム４に保持されている。
【００２５】
本実施形態においては、圧電素子２の外周部側のみが弾性体３を介して固定されているため、第１の実施形態と同様に圧電素子２のほぼ自由な伸縮運動が得られる。圧電素子２の両面に接着固定された一対のドーム型振動板１、１は、同一の伸縮運動で駆動され、略３６０゜の全方位に同位相の音波を放射し、疑似的な呼吸球としての動作を行うことができ、全方位に音響放射する発音体となる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の圧電スピーカは、圧電素子が円環状であるため、伸縮はその径方向に生じ、全周にわたって均一に振動する。また、圧電素子の伸縮運動がドーム型振動板の上下振動に変換されるが、ドーム型振動板は半球形であるため、圧電素子とドーム型振動板との接触角が垂直に近く、ドーム型振動板の振動方向に対する剛性が大きくなる。よって、高域再生に有利であるとともに高い変換効率が得られる。また、従来の圧電スピーカのような金属板による共振現象の発生も無く、著しいピーク／ディップの無い平坦な周波数特性が得られる。したがって、再生周波数帯域が広く、高い能率と比較的平坦な周波数特性とを得ることができるものである。また、本発明の圧電スピーカは、構造が簡素で容易に製造することができる。さらに、ドーム型振動板の内部と外部とをつなぐ孔を設けたことによって、ドーム型振動板の内部と外部の気圧変化を補償することができる。
【００２７】
請求項２の圧電スピーカは、ドーム型振動板が圧電素子の外周部に接着固定されたことにより、ドーム型振動板と圧電素子の接触面積が大きいため、ドーム型振動板の振幅が大きくなり、より高い能率が得られる。
【００２８】
請求項３の圧電スピーカは、圧電素子の内周部または外周部のいずれか一方が弾性体を介してフレームに保持され、圧電素子の外周部または内周部のいずれか他方がフリーであることにより、圧電素子が殆ど拘束を受けず、ほぼ自由な状態で伸縮運動を行うことができるため、より平坦な周波数特性と高い能率が得られる。
【００２９】
請求項４の圧電スピーカは、二個のドーム型振動板が同一の伸縮運動で駆動されるため、略３６０゜の全方位に同位相の音波を放射することができる。
【００３０】
請求項５の圧電スピーカは、圧電素子が厚み方向に分極処理されるとともに面方向に伸縮振動するモードに設定されていることにより、圧電素子の厚み方向に電圧を印加することになるため、製造が容易である。また、圧電素子の振動方向と電圧の印加方向とが直交しているため、共振周波数が低くなり、有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施形態である圧電スピーカの側面断面図。
【図２】  第１の実施形態の圧電スピーカ１により得られた周波数特性図。
【図３】  本発明の第２の実施形態である圧電スピーカの側面断面図。
【図４】  従来の圧電スピーカの側面断面図。
【図５】  従来の圧電スピーカの側面断面図。
【図６】  従来の圧電スピーカの側面断面図。
【符号の説明】
１  ドーム型振動板
２  圧電素子
３  弾性体
４  フレーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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