(57)【要約】  圧電セラミック製のバイモルフ材料型のストリップ形の多層式のエレメントであって、当該エレメントを無電圧のゼロ位置から変位させるための信号を印加するための電気的なコンタクト（Ｋ）が設けられている形式のものにおいて、当該エレメントを収容するために僅かなスペースしか提供されていない周辺環境における特性を改善するという課題は、当該エレメントが、当該エレメントの曲げ剛性とエレメント体積との間の所望の比率を調節するために配置されかつ寸法設定されている切欠き（Ａ）を有していることにより解決される。前記切欠きはスリット形に形成されていて、当該エレメントの長手方向に対してほぼ直交する方向に延びていると有利である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電セラミック製のバイモルフ型のストリップ形の多層式のエレメントであって、当該エレメントを無電圧のゼロ位置から変位させるための信号を印加するための電気的なコンタクト（Ｋ）が設けられている形式のものにおいて、当該エレメントが、当該エレメントの曲げ剛性とエレメント体積との間の所望の比率を調節するために配置されかつ寸法設定されている切欠き（Ａ）を有していることを特徴とする、圧電セラミック製のバイモルフ型のストリップ形の多層式のエレメント。
【請求項２】
当該エレメントの所望の曲げ剛性に関して最大エレメント体積が生ぜしめられるように前記切欠き（Ａ）が配置されかつ寸法設定されている、請求項１記載のエレメント。
【請求項３】
前記切欠き（Ａ）がスリット形に形成されていて、当該エレメントの長手方向に対してほぼ直交する方向に延びている、請求項１または２記載のエレメント。
【請求項４】
当該エレメントの音響学的な路長に関して当該エレメントの長さのための値よりも大きな値が生ぜしめられるように前記切欠き（Ａ）が配置されかつ寸法設定されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のエレメント。
【請求項５】
前記切欠き（Ａ）が、当該エレメントに沿って当該エレメントの一方の長辺と他方の長辺とから交互に出発して延びるように配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のエレメント。
【請求項６】
前記切欠き（Ａ）が、当該エレメントの所望の共振周波数を調節するために配置されかつ寸法設定されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のエレメント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電セラミック製のバイモルフ型のストリップ形の多層式のエレメントであって、当該エレメントを無電圧のゼロ位置から変位させるための信号を印加するための電気的なコンタクトが設けられている形式のものに関する。
【０００２】
このようなエレメントは、たとえば曲げ波スピーカもしくは屈曲波スピーカ（Biegewellenlautsprecher）の領域で使用される。屈曲波スピーカでは、当該エレメントが、放射装置に設けられた当付け面に被着されている。放射装置は通常、プレートの形で存在する。このプレートは当該エレメントを用いて励振されて曲げ振動もしくは屈曲振動（Biegeschwingung）を生ぜしめるので、プレートは音響信号を送信する。
【０００３】
当該エレメントの変位の時間的な経過は電気的な制御部を用いて決定される。この電気的な制御部の出力信号が圧電セラミック製の当該エレメントを変位させる。
【０００４】
圧電セラミック製の当該エレメントの別の使用領域は、アクチュエータとしての使用領域に関するものである。これに関連して、ストリップ形の当該エレメントの変位は、物理的な量のための所望の値の調節と関連している。
【０００５】
ストリップ形の当該エレメントの上記両使用事例においては、その都度使用事例にとって重要となる特性を提供すると同時に、当該エレメントのできるだけスペースを節約した構造を得ることが必要となる。このことは、屈曲波スピーカのための励振器としての使用事例のためには、できるだけ低周波数の基本周波数が実現され得ることを意味する。ただし、当該エレメントの寸法は所定の値を上回らない。移動電話の領域では、たとえば３Ｇ／ＧＳＭ規格のような関連規格において記載されている低音再生に関する要求が存在する。
【０００６】
ストリップ形の当該エレメントがアクチュエータとして使用される場合には、できるだけ大きな変位が得られると同時に、当該エレメントのできるだけ小さな寸法が保証されることが望ましい。
【０００７】
このことから出発して、本発明の根底を成す課題は、当該エレメントを収容するために僅かなスペースしか提供されていない周辺環境における特性に関して改善されている、圧電セラミック製のバイモルフ型のストリップ形の多層式のエレメントを提供することである。
【０００８】
この課題は、冒頭で述べた形式のストリップ形の多層式のエレメントにおいて、当該エレメントが、当該エレメントの曲げ剛性とエレメント体積との間の所望の比率もしくは割合を調節するために配置されかつ寸法設定されている切欠きを有していることにより解決される。
【０００９】
ストリップ形のエレメントに設けられた複数の切欠きに基づき、当該エレメントをスペース節約的に構成すると同時に、当該エレメントに、その都度の使用事例のために必要となる特性を具備させることも可能となる。前記切欠きを用いて当該エレメントの曲げ剛性は、所望の特性が得られるように低減される。
【００１０】
ストリップ形のエレメントがアクチュエータとして使用される場合を考慮した場合、前記切欠きを適当に配置しかつ寸法設定することにより、ストリップ形のエレメントの規定の寸法に関して所望の曲げ剛性（変位）を調節することができる。このために必要となる経験的な検査は十分に当業者の知識範囲内にある。
【００１１】
同様のことは、ストリップ形のエレメントが屈曲波スピーカのための励振器として使用される場合にも云える。この場合にも、ストリップ形のエレメントの重要な特性は、所望の曲げ剛性を調節し、ひいてはこれによって可能となる基本周波数を調節することにある。
【００１２】
当該エレメントの所望の曲げ剛性に関して最大のエレメント体積が生ぜしめられるように前記切欠きが配置されかつ寸法設定されていると有利である。このことには、直接にエレメント体積の大きさと関連する力伝達が最適化されているという利点がある。重要となるのはそれぞれ、当該エレメントの曲げ剛性が規定の切欠きに基づき、力伝達を決定するエレメント体積の減少率よりも大きく減少することである。
【００１３】
前記切欠きがスリット形に形成されていて、当該エレメントの長手方向に対してほぼ直交する方向に延びていると特に有利である。このことの根底を成しているのは、切欠きのためのスリット形状がエレメント体積の極めて僅かな減少しか生ぜしめないことである。なぜならば、スリットにより占められた体積が極めて小さいからである。それに比べて、当該エレメントの曲げ剛性は著しく減じられる。しかし、切欠きのスリット形状に対して択一的に、曲げ剛性の減少のためにあまり有効ではないエレメント体積を不必要に占めないという事実を考慮した別の切欠き形状も考えられる。念のため付言しておくと、ストリップ形のエレメントのメアンダ形状（蛇行形状）も同じく曲げ剛性とエレメント体積との比率もしくは割合に関して所望の特性を示し得る。
【００１４】
特にストリップ形のエレメントが放射装置のための励振器として使用される場合には、当該エレメントの音響学的な路長に関して当該エレメントの長さのための値よりも大きな値が生ぜしめられるように前記切欠きが配置されかつ寸法設定されていると有利である。圧電セラミック製の励振器のためにはその両端部の間に定在波が形成されるので、前記切欠きが少なくとも部分的に当該エレメントの長さに沿って両長辺から互いに逆向きに延びていて、かつ長手方向で互いにオーバラップしていると、前記切欠きは当該エレメントの長さに比べて増大された音響学的な路長を生ぜしめる。この構成における有利な実施例では、前記切欠きが、当該エレメントに沿って当該エレメントの一方の長辺と他方の長辺とから交互に出発して延びるように、つまり一方の長辺と他方の長辺とを交互に起点として延びるように配置されている。本発明者の実験による検査によれば、それぞれオーバラップした切欠きが、延長された音響学的な路長を生ぜしめることが判った。しかし、オーバラップが設けられていない場合でも既に音響学的な路長が当該エレメントの長さに比べて増大されることも考えられる。
【００１５】
同じく特に屈曲波スピーカとしての使用事例については、前記切欠きが、当該エレメントの所望の共振周波数を調節するために配置されかつ寸法設定されていると有利である。当業者であれば、簡単な経験的な検査により、前記切欠きのどのようは配置および寸法設定がどのような共振周波数を生ぜしめるのかを知ることができる。このためには、前記切欠きにより規定された当該エレメントの長さの音響学的な路長を考慮することが役立つ。
【００１６】
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【００１７】
図１は、屈曲波スピーカの放射面のための励振器としても、アクチュエータとしても使用可能となる、圧電セラミック製のバイモルフ型のストリップ形の多層式のエレメントの平面図である。
【００１８】
図２は、本発明によるストリップ形のエレメントと、公知先行技術によるストリップ形のエレメントとの比較のための力伝達の振幅の周波数経過を示す線図である。
【００１９】
図３は、公知先行技術による、圧電セラミック製のバイモルフ型のストリップ形の多層式のエレメントの斜視図である。
【００２０】
図１には、圧電セラミック製のバイモルフ型のストリップ形の多層式のエレメントが示されている。このエレメントは規定の幅Ｂと、規定の長さＬと、規定の厚さと、図示のゼロ位置からの当該エレメントの変位を生ぜしめる電気的な信号を印加するための電気的なコンタクトＫとを有している。当該エレメントがアクチュエータのために使用される場合には、電気的な信号が直流電圧信号であってよい。当該エレメントが屈曲波スピーカのための励振器として使用される場合には、電気的な信号が、放射装置に所望の曲げ振動もしくは屈曲振動を励起するような信号である。
【００２１】
コンタクトＫから、当該エレメントは多数のスリット形の切欠きＡを有している。これらの切欠きＡは当該エレメントの両長辺側の縁部を起点として当該エレメントの長手方向延在長さに対してほぼ直交する方向に延びている。
【００２２】
切欠きＡは当該エレメントの長手方向で見て当該エレメントの一方の長辺と他方の長辺とを交互に起点として延びるように配置されている。この場合、当該エレメントの長手方向で見て、一方の長辺を起点として延びる切欠きと、他方の長辺を起点として延びる切欠きとのオーバラップが生ぜしめられる。こうして、コンタクトＫから出発する定在波は、ストリップ形の当該エレメントの長さＬよりも大きく形成された音響学的な路長（経路長さ）を受けることが保証される。切欠きＡは全体的には極めて小さな体積しか占めていないので、切欠きの設置によっても、切欠きなしのストリップ形のエレメントに比べてエレメント体積の小さな減少しか生ぜしめられない。
【００２３】
図示のストリップ形のエレメントは、切欠きなしの公知のストリップ形のエレメントに比べて減じられた曲げ剛性を有しているが、しかしエレメント体積は僅かにしか減じられていないので、エレメント質量も、切欠きなしのストリップ形のエレメントのエレメント質量とできるだけ僅かにしか異なっていない。このことに基づき、本発明によるストリップ形のエレメントは、満足し得る力伝達を可能にするという特性を有している。
【００２４】
本発明によるストリップ形のエレメントはスペース節約的に形成されており、この場合、公知のストリップ形のエレメントに比べて本発明によるストリップ形のエレメントは、より強力な変位と、より低い基本周波数とを可能にする。
【００２５】
図２は、図１に示したストリップ形のエレメントを、放射装置を有する屈曲波スピーカのための励振器として使用する事例に関する。
【００２６】
ストリップ形のエレメントから力ピックアップへ伝達された力が、電気的な信号の励振周波数の関数として描かれている。基礎を成す実験構造では、ストリップ形のエレメントの両端部が枢着式に支承されており、力ピックアップが当該エレメントに関して真ん中に配置されている。
【００２７】
図２において曲線Ｋ１は、ストリップ形のエレメントが切欠きを有しない事例（公知先行技術）に関する、ストリップ形のエレメントの周波数経過を示している。曲線Ｋ２は、両長辺を起点として交互に延びる、オーバラップした３つのスリット形の切欠きＡを備えたストリップ形のエレメントに関する周波数経過を示しており、曲線Ｋ３は、図１に図示されているような５つのスリット形の切欠きＡを備えたストリップ形のエレメントに関する周波数経過を示している。力伝達の振幅ＡＭはそれぞれ規格化されている。
【００２８】
曲線Ｋ１と曲線Ｋ２と曲線Ｋ３とを互いに比較すると、たとえば１ｋＨｚよりも下の周波数領域では力伝達のための最大値が低い周波数へ向かってシフトされるという結果が得られる。測定により、ストリップ形のエレメントに５つのスリット形の切欠きを導入することによって当該エレメントの基本周波数を約１.２ｋＨｚから約５００Ｈｚにまで低下させることができることが判った。このストリップ形のエレメントを屈曲波スピーカの放射ダイヤフラムを励振させるために使用することにより、公知先行技術によるストリップ形のエレメントに比べて最低再生周波数を１オクターブだけ低い周波数へシフトすることが可能となる。このことは音響学的な特性の著しい改善である。ストリップ形のエレメントはこのような特性の廉価でかつ簡単な実現を可能にする。なぜならば、スリット形の切欠きの形成が機械的に（ソーイング）簡単に実施され得るからである。
【００２９】
さらに、スリット形の切欠きの導入によって力伝達が、切欠きなしのストリップ形のエレメントに比べてそれほど減じられないことも推量される。このためには、切欠きのスリット形状に基づいた僅かな体積減少が役立っているものと推測される。
【００３０】
図３は、圧電セラミック製のバイモルフ型のストリップ形の多層式のエレメントと、これに所属する電圧源とに関する、公知先行技術に基づき公知の例を示している。このストリップ形のエレメントは３つの層、つまり外側の２つの圧電セラミック製の層１，２と、両圧電セラミック製の層１，２の間に配置された１つの金属層３とから構築されている。このストリップ形のエレメントは長さＬと幅Ｂとを有しており、両圧電セラミック製の層１，２はそれぞれ厚さｔを有している。
【００３１】
圧電セラミック製の層１，２の、コンタクトＫを備えた各外面は、電極材料を用いて面状に覆われていて、本実施例では電圧源の正極に接続されている。金属層３は両圧電セラミック製の層１，２のための共通の電極として働き、電圧源の負極に接続されている。
【００３２】
金属製の導電性の層は黄銅から成っていてよく、両圧電セラミック製の層１，２のための支持層として働く。
【００３３】
電圧が印加されると、圧電セラミック製の層１，２にはそれぞれ電界が作用し、この電界は各圧電セラミック製の層１，２の長さ変化を生ぜしめる。圧電セラミック製の層１，２は、印加された電圧が両圧電セラミック製の層１，２のうちの一方の層１にとっては長さ短縮を生ぜしめ、他方の層２にとっては長さ伸長を生ぜしめるように電圧源に電気的に接続されていると好都合である。こうして、当該エレメントは全体的に、印加された電圧によって変位される（ΔＬ）．
当該エレメントは片側で保持されている。
【００３４】
このようなエレメントは本発明を実施するために例示的に使用され得るが、しかし上で説明した切欠きが適当な形式で設けられなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】屈曲波スピーカの放射面のための励振器としても、アクチュエータとしても使用可能となる、圧電セラミック製のバイモルフ型のストリップ形の多層式のエレメントの平面図である。
【図２】本発明によるストリップ形のエレメントと、公知先行技術によるストリップ形のエレメントとの比較のための力伝達の振幅の周波数経過を示す線図である。
【図３】公知先行技術による、圧電セラミック製のバイモルフ型のストリップ形の多層式のエレメントの斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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