(57)【要約】【課題】効率のよい圧電ブザー装置を提供する。【解決手段】音源集積回路、トランジスタ、トランス、および圧電振動板から成る圧電ブザー装置にパルス幅制御回路を設けて音源集積回路からのパルス信号のパルス幅をその周波数に拘わらず一定とし、トランスに蓄えられるエネルギーを制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
半導体スイッチをオンにしてトランスに誘導エネルギーを蓄え、このエネルギーによって圧電振動板を鳴動させる圧電ブザー装置において、半導体スイッチを駆動するパルスの幅をパルス周波数に拘らず一定とし、所望の音量をパルス幅によって制御することを特徴とする圧電ブザー装置
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、圧電振動板を用いて警報や警告音を発生する圧電ブザー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  圧電ブザー装置は、「ピッピッ」とスイッチの操作を知らせたり、「ピ〜ポ〜、ピ〜ポ〜」といった警笛、「ワゥワゥ、ワゥワゥ」といった警報を鳴らすのに広く用いられている。【０００３】  スイッチ操作の確認のための鳴音や、ドアの解錠や施錠を知らせる場合は比較的小さな音量で消費電力も小さいが、警笛や警報の場合は大きな音量ほど望ましい。そのような警笛や警報音を発する圧電ブザー装置は一般に図４に示すような構成となっている。【０００４】  図４において、１は直流電源、２は信号発生器、４はトランジスタ、５はトランス、６は圧電振動板である。信号発生器２としてはマイクロコンピュータや音源集積回路が用いられ、音声合成手法によって「ピ〜ポ〜」とか「ワゥワゥ」等の、時間とともに周波数が変化するチャープ信号を発生する。このチャープ信号でトランジスタ４をオン・オフし、トランス５によって昇圧して圧電振動板６を鳴動させている。【０００５】  チャープ信号は一般にデューティ比が５０％の方形波パルスであるが、音質や音量を変えるために、デューティ比を可変としたブザー装置もある（例えば、特許文献１および特許文献２）。【０００６】
【特許文献１】  特開平７−１３４５８７号公報
【特許文献２】  特開平１０−２１４０９０号公報
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  チャープ信号は一般に１ｋＨｚから５ｋＨｚの間で周波数が変化する。従って、デューティ比を例えば５０％に設定すると、トランジスタがオンしている時間は０．１ｍ秒から０．５ｍ秒まで時間とともに変化する。トランスに蓄えられるエネルギーはトランジスタがオンしている時間が長いほど大きくなるので、デューティ比を一定にした場合には低い周波数の音は大きく、周波数の高い音ほど小さくなる。また、低い周波数が連続するとトランジスタの消費電流が大きくトランジスタが発熱する。
【０００８】  このように、デューティ比を一定とし、周波数によって音量を変える方法は余韻を残す音を吹鳴するのに好都合である。しかし、チャープ信号の周波数に拘らず常に大きな音量の警笛や警報を発するのには適さない。
【０００９】  デューティ比の他に、直流電源電圧あるいはチャープ信号の振幅を変える方法もあるが、いずれの方法でもトランジスタのオン期間がチャープ信号の周波数によって変化するので上述のデューティ比による方法と同じ問題が生じる。
【００１０】  本発明は、このような従来の電圧ブザー装置が有している問題を解決しようとしてなされたものであり、効率よく大きな警笛や警報を発する圧電ブザー装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】  図１は本発明の圧電ブザー装置の構成図であって、１は直流電源、２は信号発生器、３はパルス幅制御回路、４はスイッチとしてのトランジスタ、５はトランス、６は圧電振動板である。以下、この図に基づいて本発明の内容を説明する。
【００１２】  図１に示す電圧ブザー装置はトランジスタ４がオンの期間にトランス５に誘導エネルギーを蓄え、蓄えたエネルギーをトランジスタ４がオフになった時に圧電振動板６に放出することによって圧電振動板６を鳴動させる。従って、圧電振動板６の放射音量はトランス５に蓄えられる誘導エネルギーに比例する。
【００１３】  トランス５に蓄えられる誘導エネルギーＥは
Ｅ＝（１／２）ＬｐＩｐ２              （１）
で与えられる。ここで、ＬＰはトランス５の１次巻線のインダクタンス、Ｉｐはトランジスタ４がオフとなる寸前にトランジスタ４に流れている電流である。電流Ｉｐは
Ｉｐ＝（Ｖｃｃ／Ｒ）｛１−ｅｘｐ（−ＲＴＯＮ／ＬＰ）｝＋（Ｉｏ／ｎ）ｅｘｐ（−ＲＴＯＮ／Ｌｐ）          （２）
で与えられる。ここで、Ｖｃｃは直流電源１の電圧、Ｒはトランス５の１次巻線の抵抗とトランジスタ４のオン抵抗の和、ＴＯＮはトランジスタがオンしている時間、Ｉｏはトランジスタ４がオンとなる寸前にトランス５の２次側に流れている電流、ｎはトランス５の１次と２次の巻数比である。
【００１４】  効率よく圧電振動板６を鳴動させるため、トランスに蓄えられる誘導エネルギーをトランジスタ４がオフの期間に全て圧電振動板６によって消費されるようにトランスを設計し、トランジスタ４のオフ時間を設定する。従って、式（２）の右辺第２項は無視できる。
【００１５】  さらに、トランジスタ４を流れる電流が飽和しないように、時定数ＬＰ／ＲをＴＯＮよりも充分大きくすれば、効率よく圧電振動板６を鳴動することができる。このような高効率設計の下ではＩＰは
ＩＰ＝（ＶＣＣ／ＬＰ）ＴＯＮ              （３）
となり、蓄えられる誘導エネルギーＥは
Ｅ＝（１／２）（ＶＣＣＴＯＮ）２／ＬＰ          （４）
となる。式（４）から明らかのように、ＴＯＮが一定であればトランス５に蓄えられる誘電エネルギーは、信号発生器２からのパルス周波数に拘わらず、一定となる。
【００１６】  本発明は上述の原理に基づいており、信号発生器２からのチャープ信号のパルス幅を一定とし、圧電振動板にチャープ信号周波数に拘らず常に一定のエネルギーを送るようにしたものである。
【００１７】  式（２）から明らかのように、トランジスタ４のオン期間がＬＰ／Ｒの２．５倍以上になるとトランジスタ４を流れる電流は飽和し始める。飽和状態では消費電流が急激に増えるのに対し、蓄えられる誘電エネルギーは殆んど増えない。従って、トランジスタ４のオン時間ＴＯＮは、トランジスタ４を流れる電流が飽和を起こさない範囲に設定される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】  以下、本発明の実施の形態として実施例を図２と図３に基づいて説明する。なお、各図において、図中の符号１〜６は図１に合わせてあり、１は直流電源、２は信号発生器、３はパルス幅制御回路、４はトランジスタ、５はトランス、６は圧電振動板である。トランジスタ４として本実施例ではバイポーラトランジスタを用いているが、ＭＯＳトランジスタを用いてもよい。【００１９】  図２は本発明の第一の実施例を示す構成図であって、信号発生器２として音源ＩＣ，ＵＴＣ１８１２Ａ、を、圧電振動板６としてＥＥ３５Ａ−３０Ａを用いている。制御回路３はＣＭＯＳゲートを用いた単安定マルチバイブレーターである。インバーター３２のしきい電圧を電源電圧の半分とすると、制御回路３は信号発生器２からのチャープ信号をパルス幅
ＴＯＮ＝０．７ＣＴＲＴ              （５）
のパルスとしてトランジスタ４を駆動している。ここで、式（５）において、ＣＴとＲＴはキャパンタ３３と抵抗３４の値である。【００２０】  図３は本発明の第２の実施例を示す構成図であって、信号発生器２と圧電振動板６には、図２に示す第１の実施例と同じく、ＵＴＣ１８１２ＡとＥＥ３５Ａ−３０Ａがそれぞれ用いられている。パルス幅制御回路３は、エッジトリガー型ＲＳフリップフロップ３１、比較器３２、基準電圧源３３、および電流検出抵抗３４で構成されている。フリップフロップ３１は信号発生器２からのチャープ信号の立上りでセットされ、Ｑ出力を論理“１”とする。これによってトランジスタ４に電流が流れ始め、抵抗３４の両端に電圧を生じる。この電圧が基準電圧源３３の電圧に達するとフリップフロップ３１はリセットされ、そのＱ出力が０となるのでトランジスタはオフされる。従って、トランジスタ４がオンしている時間ＴＯＮは
ＴＯＮ＝（ＶＲＥＦ／ＶＣＣ）（ＬＰ／ＲＳ）            （６）
となる。ここで、ＶＣＣとＶＲＥＦはそれぞれ直流電源１と基準電圧源３３の電圧、ＬＰはトランス５の１次巻線のインダクタンス、ＲＳは抵抗３４の値である。【００２１】  図２に示す第１の実施例では抵抗３４の値を、図３に示す第２の実施例では基準電圧源３３の電圧を変えることによって所望の音量を必要最小限の電力で得ることができる。
【発明の効果】
【００２２】  以上述べたように、本発明によれば駆動周波数には依存しない一定のエネルギーを圧電振動板に送ることができ、そのエネルギー量を容易に変えることができる。さらに、所望される音量に対する消費電力を必要最少限とすることもできる。従って、本発明は電池動作の圧電ブザーには極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧電ブザー装置の構成図
【図２】本発明第一の実施例の構成図
【図３】本発明第２の実施例の構成図
【図４】一般に用いられている圧電ブザー装置の構成図
【符号の説明】
１  直流電源
２  信号発生器
３  パルス幅制御回路
４  トランジスタ
５  トランス
６  圧電振動板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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