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技術 重り付き変換器及びフィードバック機構を備えた駆動回路

出願人 デザインテックインターナショナルインコーポレーテッド
発明者 ゴットリーブ、マークロッシェ、トム
出願日 1992年2月21日 (27年9ヶ月経過) 出願番号 1993-502190
公開日 1994年4月7日 (25年8ヶ月経過) 公開番号 1994-503188
状態 特許登録済
技術分野 車両の外部照明装置、信号 車両の聴覚的信号装置、携帯用危急警報装置 電気ブザー
主要キーワード 振動空気 増幅電圧信号 検知振動 変換アセンブリ 矩形波発振回路 直列静電容量 封入構造 出力接続点
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この項目の情報は公開日時点(1994年4月7日)のものです。
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請求項1

ハウジングに結合した音響発生装置であって、上記ハウジングに取り付けた振動素子を有し、この振動素子は圧電素子とこの圧電素子に機械的に結合した重りとを有し、上記重りを、上記振動素子及び上記ハウジングが一つのユニットとして振動して音を発生するように選択したことを特徴とする装置。

請求項2

前記音響発生装置は、車両に搭載される後退灯付き音響発生装置に採用された装置であって、前記ハウジングに電灯取付け且つ車両のテールライトアセンブリに機械的及び電気的に結合させる取付け手段を備え、前記振動素子と、前記ハウジングと、そのハウジングが機械的に結合した前記車両のテールライト・アセンブリとを一つのユニットとして振動させて音を発生させるように形成したことを特徴とする請求項1記載の音響発生装置。

請求項3

車両のテールライト・アセンブリの後退灯のソケットに取り付けられたことを特徴とする請求項2記載の音響発生装置。

請求項4

圧電素子を駆動する装置であって、入力電圧信号を供給する電圧源と、上記入電圧信号を受けて増幅し、増幅した電圧信号を発生させる昇圧変圧器と、上記増幅電圧信号を受けて前記圧電素子に供給し、その圧電素子を振動させる駆動ターミナルと、上記圧電素子に接続され、その圧電素子の振動を検知すると共に、その検知した振動に基づいてフィードバック信号を発生させる検知ターミナルと、上記フィードバック信号をフィルタリングして前記昇圧変圧器により生じた、望まない位相シフトを排除するフィルタリング手段と、フィルタリングされた上記フィードバック信号に基づいて前記入力電圧を前記昇圧変圧器に供給するように制御する制御手段とを備えたことを特徴とする駆動装置

請求項5

前記フィルタリング手段は、ローパスフィルタ手段とハイパスフィルタ手段とを備えたことを特徴とする請求項4記載の駆動装置。

請求項6

前記ローパスフィルタ手段は、抵抗及びコンデンサ回路網を備えたことを特徴とする請求項5記載の駆動装置。

請求項7

前記ハイパスフィルタ手段は、演算増幅器反転入力端に接続された抵抗及びコンデンサの回路網を備えたことを特徴とする請求項5記載の駆動装置。

請求項8

前記制御手段はトランジスタを備え、そのトランジスタのベースは前記演算増幅器の出力端に接続され、且つ、そのトランジスタのコレクタは前記昇圧変圧器の一次巻線に接続されたことを特徴とする請求項7記載の駆動装置。

請求項9

前記制御手段は、前記圧電素子を制御し、予め設定した時間周期周期的に振動させる矩形波発振回路を備えたことを特徴とする請求項4記載の電動装置

請求項10

前記予め設定した時間周期は1秒である請求項9記載の駆動装置。

請求項11

圧電素子を駆動する方法であって、入力電圧信号を発生させるステップと、上記入力電圧信号を増幅して、増幅された電圧信号を生成するステップと、上記増幅された電圧信号を前記圧電素子に供給して、その圧電素子を振動させるステップと、上記圧電素子の振動を検知し、その検知振動に基づいてフィードバック信号を発生させるステップと、上記フィードバック信号をフィルタリングするステップと、フィルタリングされた上記フィードバック信号に基づいて上記増幅された電圧信号を上記圧電素子に供給するように制御するステップとを備えたことを特徴とする駆動方法

請求項12

前記フィルタリングのステップは、前記フィードバック信号をフィルタリングするローパス・フィルタリングと、前記フィードバック信号をフィルタリングするハイパス・フィルタリングとを備えたことを特徴とする請求項11記載の駆動方法。

請求項13

前記ローパス・フィルタリングのステップは、前記フィードバック信号を抵抗及びコンデンサの回路網を通過させることを特徴とした請求項12記載の駆動方法。

請求項14

前記ハイパス・フィルタリングのステップは、前記フィードバック信号を演算増幅器の反転入力端に接続された、抵抗及びコンデンサの回路網を通過させることを特徴とした請求項12記載の駆動方法。

請求項15

前記制御のステップは、前記演算増幅器の出力端にベースが接続され且つ前記昇圧変圧器の一次巻線にコレクタが接続されたトランジスタを制御することを特徴とした請求項14記載の駆動方法。

請求項16

前記制御のステップは更に、前記圧電素子を制御するために矩形波発振信号を発生させ、前記圧電素子を予め設定した時間周期で周期的に振動させることを特徴とした請求項11記載の駆動方法。

請求項17

前記予め設定した時間周期は1秒であることを特徴とした請求項16記載の駆動方法。

請求項18

ハウジングに結合された音響発生装置であって、上記ハウジングに取り付けられた振動素子を有し、この振動素子は、圧電素子と、その圧電素子に機械的に結合された重りとを有し、この重りを、上記振動素子と上記ハウジングが一つのユニットとして振動して音を発生するように選択する一方、上記振動素子を駆動する回路を備え、この回路は、入力電圧信号を供給する電圧源と、上記入力電圧信号を受けて増幅し、増幅した電圧信号を生成する昇圧変圧器と、上記増幅した電圧信号を受けて、その電圧信号を上記振動素子に供給する駆動ターミナルと、上記振動素子に接続され、その振動素子の振動を検知して、その検知振動に基づいたフィードバック信号を生成する検知ターミナルと、上記フィードバック信号をフィルタリングして前記昇圧変圧器により生じた、望まない位相シフトを排除するフィルタリング手段と、フィルタリングされた上記フィードバック信号に基づいて前記入力電圧を上記昇圧変圧器に供給するように制御する制御手段とを備えたことを特徴とする装置。

請求項19

前記音響発生装置は、車両に搭載される後退灯付き音響発生装置に採用された装置であって、前記ハウジングに電灯を取付け且つ車両のテールライト・アセンブリに機械的及び電気的に結合させる取付け手段を備え、前記振動素子と、前記ハウジングと、そのハウジングが機械的に結合した前記車両のテールライト・アセンブリとを一つのユニットとして振動させて音を発生させるように形成したことを特徴とする請求項18記載の音響発生装置。

請求項20

車両のテールライト・アセンブリの後退灯のソケットに取り付けられたことを特徴とする請求項18記載の音響発生装置。

請求項21

前記フィルタリング手段は、ローパスフィルタ手段とハイパスフィルタ手段とを備えたことを特徴とする請求項18記載の駆動装置。

請求項22

前記ローパスフィルタ手段は、抵抗及びコンデンサの回路網を備えたことを特徴とする請求項21記載の駆動装置。

請求項23

前記ハイパスフィルタ手段は、演算増幅器の反転入力端に接続された抵抗及びコンデンサの回路網を備えたことを特徴とする請求項21記載の駆動装置。

請求項24

前記制御手段はトランジスタを備え、そのトランジスタのベースは前記演算増幅器の出力端に接続され、且つ、そのトランジスタのコレクタは前記昇圧変圧器の一次巻線に接続されたことを特徴とする請求項23記載の駆動装置。

請求項25

前記制御手段は、前記圧電素子を制御し、予め設定した時間周期で周期的に振動させる矩形波発振回路を備えたことを特徴とする請求項21記載の駆動装置。

請求項26

前記予め設定した時間周期は1秒である請求項25記載の駆動装置。

0000

本発明は、音響発生装置係り、とくに車両用後退灯と組み合わせた音響発生
装置(以下、「後退灯付き音響発生装置」という)として応用でき、発生させる
音をより大きくすることのできる装置に関する。
また、本発明は、圧電変換器などの変換器を駆動可能な回路に係り、とくに、変
圧器がその駆動回路と変換器との間に設けられた場合でも、変換器をその共鳴
波数で駆動可能な回路に関する。
この種の従来例として米国特許第4,851,813号が挙げられる。この特許
には、車両用の後退灯付き音響発生装置が開示されている。この装置は車両がバ
クギアに入ったとき作動し、音を発生して車両が後退する旨の音声表示を行う
ものである。この後退灯付き音響発生装置では、その音響発生装置の部分が後退
灯と同じハウジング収納されており、その様子を、図1及び図2に基づいて示
しである。図1及び図2に示す如く、後退灯付き音響発生装置はハウジング20
を有し、このハウジングの形状は任意であるが、図示された実施例では断面が六
角形になっている。ハウジング20は口金22を備え、この口金22は車両のテ
ールライトに差し込む標準電球の口金と似た形状である。同様に、ハウジング2
0は標準電球と同様の銃剣状の突起24を備えている。
ハウジング20の口金22と反対側の端部には、導電性ソケット26が支持さ
れており、このソケット26は導線30a、30bを介して口金22に電気的に
接続されている。これにより、テールライトのソケット10と上記ソケット26
との間で、電気的な接続がなされでいる。
上記ハウジング20には電気的に駆動する音響発生装置32が設けられている。
この音響発生装置32は圧電変換器(圧電トランスデユーサ)であり、圧電セラ
ミック材料から成る。この音響発生装置132が駆動すると、周囲の空気を振動
させるから、これにより音が発生する。この発生した音は、ハウジングの頂部に
形成し、た開[j34を通して外部に放射される。
しかしながら、この音響発生装置によって発生ずる、テールライト・アセンブリ
の外側での音圧は低く、変換器で大きな音を発生させた場合でもかなり低い。
これはテールライト・アセンブリのレンズカバー封入構造のハウジングを形成
し、このハウジングが発生音を弱めたり、消したりするからである。この問題を
解決する一つの策は、より大きな圧電変換器を使うことである。しかし、この解
決策は、圧電変換器の最大サイズに一定限度があるので、採用困難である。別の
解決策は、ある大きさの圧電変換器が与えられたら、その音発生効率を挙げるこ
とである。圧電素子を使って非常に大きな音を発生させるには、その共振周波数
を有する高い電圧で圧電素子を駆動する必要がある。例えば、上記後退灯付き音
発生装置車両警報サイレンのような機器では、ピークピーク値電圧で50
〜250ボルトが通常使われている。
上述した機能を発揮させるのに使う圧電変換器は、各々、変換器のサイズ、構造
個体差動作温度、その他のファクター変数とした関数になる共振周波数F
Dを有する。圧電変換器の出力端で最大音を出力させるには、その圧電変換器を
固有の共振周波数の高電圧で駆動することが必要である。しかし、同じ製造ロフ
トの圧電変換器であっても、各変換器は僅かずつ異なるから、共振周波数も異な
る。このため、可能な最大音を得ようとして共振周波数F。で各圧電素子を駆動
するには、工場において各ユニット毎に、そのユニットに内臓する圧電変換器に
ついてのチューニングを行う必要がある。しかし、この作業を行うと、そのよう
なユニットを生産するコストは大幅に上がってしまう。また、そのようにチュー
ニングしたとしても、温度が広い範囲で変化した場合、ユニツトは的確に作動で
きない。というのは、温度の変化につれて共振周波数Foも移動し、出力音の音
圧レベルが急激に下がってしまうからである。
この問題を解決する一つの方法は、圧電変換器の共振周波数の変化をリアルタイ
ムで追跡するフィードバック回路を内臓させ、このフィードバック回路により、
いかなる状況にあっても圧電変換器が常に共振周波数Foで動作するようにする
ことである。この方法を実施するには、通常、発振器からの信号経路に圧電変換
器を挿入する必要がある。圧電変換器を通る信号は、その圧電変換器の共振周波
には、ある圧電変換器の共振周波数を追跡して最大出力音を得るための、従来周
知のフィードバック回路を示す。
図6に示すように、圧電素子10は、その一方の極がアースに接続され、もう一
方の極が2つのターミナルPL、P2に接続されている。ターミナルP1はメイ
ンターミナルであり、駆動信号を受けて圧電素子10を駆動する。ターミナルP
1は圧電素子10と接続点Z2との間に接続されている。この接続点z2と別の
接続点X2との間には、コンデンサC2が接続されている。同様に、接続点X2
は上記ターミナルP2に接続されている。接続点z2とさらに別の接続点Y1と
の間には、反転増幅器A2が接続されている。接続点X2及び71間に、抵抗
1が配置されている。同様に、接続点X2及び71間には、抵抗R2と別の反転
増幅器A1との直列回路が、抵抗R1と並列の状態で接続されている。これによ
り、反転増幅器A1の出力が反転増幅器A2への入力となる。
図6に示す装置は以下のように動作する。反転増幅器A2の出力端が圧電素子1
0のメインターミナルP1に結合しているので、駆動信号がターミナルP1に供
給され、圧電素子10が駆動される。この結果、圧電素子10が駆動信号により
歪み且つ振動する。この歪みにより生じた電圧は、圧電素子10に同様に結合し
ているターミナルP2により検知される。ターミナルP2で検知された電圧は抵
抗R2を介17て反転増幅器A1に供給され、さらに、反転増幅器A2により反
転・増幅されて、ターミナルP2で検知された原信号増幅信号になる。反転増
幅WAI及びA2の増幅度は、駆動ターミナルP1に供給される最終信号が圧電
素子10で振動を起こすように選択されている。
ターミナルP2により検知された発振周波数は、圧電素子10の共振周波数にな
る。というのは、この共振周波数の信号が、駆動ターミナルP1からターミナル
P2へ最も容易に通過するからである。そこで、ターミナルP2は圧電素子10
の共振周波数を検知し、その信号を増幅後に駆動ターミナルP1に供給し、圧電
素子10がその共振周波数で振動し続けるようにする。このように、圧電素子1
0はその共振周波数で動作し、最大音を出力できる。上記抵抗R1は駆動回路の
適正な動作点及びデユーティ・ファクターを与えるものである。抵抗R2は過電
圧が反転増幅器A1に入力するのを防ぐ。コンデンサC2によりヒステリシス
性が得られ、発振器がより効率的に動作する。
しかし、図6を参照した説明したシステムは、以下のように種々の不都合がある

駆動回路から圧電素子10に送られて機械信号に変換可能なパワーの量は(この
パワーは最後は音に変換される)、駆動回路のピーク・ピーク値での出力電圧
2乗に比例し、共振周波数F での圧電素子の実効抵抗値逆比例する。仮に、
可能な最大出力電圧直流電圧供給の場合に限定されるとすると、駆動回路及び
圧電素子の変換アセンブリから最大出力を得ることは不可能になる。
さらに、圧電素子を非常に高い電圧(例えばピーク・ピーク値で50ボルトから
200ボルトの間の電圧)で駆動する必要がある場合、標準的な5〜18ボルト
電源回路からそのような高電圧を得る唯一の方法は、昇圧変圧器を使うことで
ある。しかし、図6に示す回路に昇圧変圧器を使って効率良く動作させることは
できないという問題かある。この問題は具体的には、昇圧変圧器が位相シフト
招くことであり、この位相シフトにより、回路が好ましい共振周波数Foとは別
周波数で発振する傾向にあることである。したがって、も【2変圧器図6
示した回路の中で使われた場合、ターミナルP2が圧電素子を通して、共振周波
数F。の信号を検知することができず、これにより、ターミナルP1に供給され
る駆動信号も圧電素子の共振周波数FGの信号でなくなる。そこで、圧電素子は
その共振周波数Foで共振せず、したかって、圧電素子が動作しても、もともと
可能である筈の最大音を出力しないことになる。
したがって、本発明の目的の一つは、新規振動構造を提供することにあり、こ
の振動構造は後退灯付き音響発生装置に適用でき、本装置を組み込んだアセン
リの外部での音圧を、本装置の寄与に拠り、良く聞こえるレベルにすることであ
る。
したがって、本発明の別の目的は、圧電素子の駆動回路を新規に提供することで
あり、その駆動回路は、駆動回路と圧電素子の間に昇圧変圧器を設けた回路にす
ることである。
本発明の別の目的は、そのような新規な駆動回路を、形状的にコンパクトで、効
率良く、且つ、信頼性のあるものにして提供することである。
本発明の別の目的は、周期的に振動する圧電素子を制御して、圧電変換器から生
じる音が一層、際立って聞こえるようにする、新規な駆動回路を提供することで
ある。
上記目的を達成するために、本発明は以下の音響発生装置を備える。即ち、この
音響発生装置は後退灯付き音響発生装置に適用でき、この後退灯付き音響発生装
置は、電球を取り付ける手段と、車両のテールライト・アセンブリに電気的且っ
機械的に結合させる手段とを有したハウジングを備えている。この後退灯付き音
響発生装置は、同様に、そのハウジングに装着された振動素子を特徴とし、その
振動素子は圧電素子及びこの素子に機械的に結合した重りを特徴とする。さらに
、この重りは、ハウジングとテールライト・アセンブリが一つのユニットとして
振動して音を発生するように選択される。そこで、このハウジング及びテール
イト・アセンブリを一つのユニットとする全体振動によって、このシステムから
発生する音はより大きくなる。このようなシステムは、圧電素子の振動を利用し
て空気を振動させ、これにより音を発生させる他のシステムに応用することもで
きる。
さらに、本発明は駆動回路を特徴とし、この駆動回路は後退灯付き音響発生装置
に適用可能である。この駆動回路では、圧電素子又は振動素子が、その共振周波
数で効率良く駆動されるようになっている。そのようなシステムは、入力電圧
号を昇圧変圧器に供給するための電圧源を特徴とし、それによって、昇圧変圧器
はその入力電圧信号を増幅できる。駆動ターミナルは、この増幅された電圧信号
を圧電素子又は振動素子に印加する。検知ターミナルも同様に圧電素子又は振動
素子に接続することで、その検知ターミナルは、検知振動に基づいたフィード
ック信号を発生できる。このフィードバック信号は、バイパスフィルタ操作及び
ローパスフィルタ操作によりフィルタ処理された後、フィルタ処理されたフィー
バック信号に基づいて、入力電圧の昇圧変圧器への供給を制御する制御手段に
送られる。そのようなシステムにより、圧電素子又は振動素子がその素子の共振
周波数で振動し、とくに、本発明の後退灯付き音響発生装置に適用可能になる。
このようなシステムは、変圧器を介して供給された駆動信号を圧電素子が受ける
ようになっているならば、他の装置に応用することもできる。
添付の図面と関連付けなから後に詳述する説明を参照することによって本発明か
良く理解されたとき、本発明の価値をより完全に認識でき、本発明に伴う効果の
多くを容易に得られるものである。ここで、図1及び図2は米国特許第4,85
1,813号に開示された後退灯付き音響発生装置を示し、
図3及び図4は本発明に係る後退灯付き音響発生装置を示し、図5は本発明に係
る振動構造であって、図3及び図4に示す装置に使用できる振動構造を示し、
図6背景技術に係る、圧電素子の駆動回路を示し、及び図7は本発明に係る圧
電素子の駆動回路の好適な一実施例を示す。
以下、図面を参照して説明する。添付の図面では、類似の参照符号は同一か又は
視野から見て一致する部分を示し、とくに、図3図5についてはそのように
している。このため、図3図5は、本発明に係る後退灯付き音響発生装置の一
例を改善した装置を詳述したものであることが分かる。
図3及び図4に示す装置の全体構成は、ハウジング22を有し、そのハウジング
22に電球28が装着される点で、図1及び2に示した装置と類似している。
図3及び図4に開示した装置は、しかし、電球28がハウジング22の外に、し
かもハウジング22の軸に垂直な方向に装着されている。さらに、図4に示す装
置はプリント回路基板を表わす要素5oを特徴とし、そのプリント回路基板上に
駆動回路(図7を参照してより詳細に説明される)が実装されている。このプリ
ント回路基板50には昇圧変圧器T1が接続され、この変圧器T1は車両のテー
ルライト・アセンブリから入力した電圧を適正なレベルまで昇圧させる。さらに
、図、4に示す如く、ユニークな音響発生装置60が図4記載の後退灯付き音響
発生装置に利用されている。音響発生装置60は重り63を有しており、後述す
図5を参照してより詳細に説明される。このように、図3及び図4に示す装置
は、図1及び図2の装置とは黒なる音響発生装置又は振動構造を利用し、ている

この音響発生装置又は振動構造60は、図5に明確に示されている。従来の音響
発生装置は、ステンレス鋼板又は銅板62を有し、これにセラミック製の圧電素
子61を接着することを特徴している。しかし、図5に示すように、この発明に
よれば、重り63が、ステンレス鋼板又は銅板62の、圧電素子61が接着され
ているのと反対側の面に接着されている。この重り63は従来周知の接着剤によ
って固く、撓まないように接着されている。例えば、ステンレス鋼板又は銅板6
2の直径が22. 5mm、圧電材料の直径が16市のものを用いたとき、重り
63の典型的な適正重量は約2.0グラムである。さらに重りを中空状にすると
、圧電素子が曲がったときに接着した締結部位にかかるストレスを最小にできる
ので、とくに好ましい。簡単には、標準12−28の六角形鋼製機械用ナツト
は、適正な形状及び重量のものであれば、重りとして使用できる。さらに、重り
はステンレス鋼板又は銅板62の中心に位置させると、最も効果的である。しか
し、重りが中心を僅かにずれていたとしても、装置は効果的に動作するし、重り
を15%だけオフセットさせても効率良く動作することが分かっている。
重り63を取り付けであるので、振動構造60の全質量を増加させた動作となる
。それゆえに、この重りの取付けによって、振動構造60に伝達できる全エネル
ギーが増加する。重りが無い場合、圧電材料61及びステンレス鋼板又は銅板6
2は、供給されたある特定の入力端子に基づいて、予め決めた量だけ曲がる。
これゆえ、圧電材料61が損傷させない、供給可能な最大電圧が存在する。すな
わち、あまりにも高い電圧が圧電材料61及びスレレス鋼板又は銅板62のみ
から成る振動構造に供給されると、その圧電材料61は曲がり過ぎて壊れる。
しかし、重り63を付加することで、曲がって振動する素子の質量が増加するの
で、その増加分だけ、より高い電圧を印加しても、圧電材料61が壊れて損傷状
態になることはない。
このように、供給可能なエネルギを増加することで、振動素子60を内mt−る
、後退灯付き音響発生装置のような装置の全体動作を変えることができる。すな
わち、この重り63を付加したことで、装置はもはや音を発生させるのに振動空
気に依存しない動作になる。振動空気に依存したものとしては、米国特許4,8
51.813号記載の後退灯付き音響発生装置が前述した如く提案されており、
圧電素子の周りの空気を振動させ、それにより発生した音が開口34を通るよう
にしていた。前にも議論したように、この従来装置は十分に大きいレベルの音を
発生させるのに、有効ではなかった。
加えて、質量を増加させたので、振動構造60の共振周波数が下がる。これによ
り、音のエネルギが今までとは完全に異なるモードでテールライト・アセンブリ
の外に伝わるようになり、これが本発明の重要な特徴の一つになっている。重り
を付加したことで、圧電変換器は、その振動部分のアセンブリ及びテールライト
・アセンブリが結合した全体に係る共振周波数で振動させるようになり、この結
果、振動エネルギがテールライト・アセンブリ全体に効率良く伝わる。これによ
り、テールライト・アセンブリの外の空気を振動させるのは、そのユニット全体
であり、その振動により音が発生する。
したがって、本発明では、圧電変換器がその周囲の空気を振動させることを意図
していないから、図1で見られた開口34のような穴は不要である。図3に示し
た切込み35は単に飾りの窪みであり、開口ではない。代わりに、本発明では、
振動エネルギを口金22を介してテールライト・アセンブリ全体に直接、効率良
く且つ機械的に伝達させることで、振動エネルギはテールライト・アセンブリの
周囲の空気に効率良く伝わることができる。
図3図5を参照して説明した装置は、後退灯付き音響発生装置という用途に限
定して議論してきた。しか1.ながら、図5の振動構造は、圧電素子をハウジ
グ内で振動させ、これにより空気を振動させて音を出す多数の機器に応用できる

例えば、図5の装置は、煙感知機、車両の警報用サイレン、水中での機器といっ
た応用が可能である。すなわち、図5の装置は、圧電素子を独立して振動させる
代わりに、全体を一つのユニットとして振動させる他の機器に使用できる。
上述した装置の一つの不都合は、後退灯付き音響発生装置とテールライト・アセ
ブリとの組合わせが、各々、異なる共振周波数Foを有することである。この
装置の共振周波数Foは、使用する圧電変換器の詳細、ハウジング及びテールラ
イト・アセンブリ(これに、後退灯付き音響発生装置が挿入される)の詳細なサ
イズ、形状、及び、その他の77・フタ−に基づいて変わる。テールライト・ア
センブリを効率良く振動させ、極力大きい音を発生させるには、後退灯付き音響
発生装置とテールライト・アセンブリはその組合わせ毎に、システム全体の共振
周波数Foで振動する必要がある。しかし、各ユニットがそのような共振態様で
動作するようにチューニングする実行可能な方法か無い。また、上述した如く、
今まで、昇圧変圧器を通して効果的に動作するフィードバック装置も製造されて
いなかった。そこで、フィードバック系を備えた駆動回路を新規に製造したので
、上記不都合を克服できる。駆動回路は以下の図7に示す。この駆動回路は、図
4に示l、たプリント回路基板50に実装された電気駆動回路として実施できる

図7は、本発明に係る圧電変換器の駆動回路の好適な実施例を示す。
図7に示す駆動回路には、1次巻線W1及び2次巻線W2を有する4圧変圧器T
1が備えられている。1次巻線W1の一端には、図7に示した電圧源、例えば1
ボルト電源が接続されている。1次巻線W1の他端はトランジスタQ1のコレ
クタに接続されている。2次巻線W2の一端は、駆動ターミナルP1に接続され
ている。この駆動ターミナルは圧電素子10に接続され、図6を参照して説明し
た駆動回路と同様に、圧電素子10を駆動する動作を行う。この圧電素子10は
重り63を有する、図5に示した振動袋ff132とする。2次巻線W2の他端
はアースに接続されている。同様に、圧電素子10は検知ターミナルP2に接続
されている。
検知ターミナルP2は抵抗R3を介して一つの接続点X2に接続されている。
この接続点X2は演算増幅器A3の正入力端を表す。同様に、検知ターミナルP
2とアースとの間に、コンデンサC3が接続されている。また、接続点X2とア
ースとの間に、抵抗R5及びコンデンサC4の並列回路が接続されている。さら
に、接続点X2と12ボルト電源との間に、抵抗R4が接続されている。
演算増幅器A3の出力端、すなわち別の接続点Z2は、抵抗R6を通してトラン
スタQ1のベースに接続されている。この接続点z2と演算増幅器A3の反転
入力端との間に、抵抗R7を介したフィードバックループが更に形成されてい
る。コンデンサC2が、演算増幅器A3の負入力端反転入力端)とアースとの
間に接続されている。
さらに、演算増幅器A3の負入力端と別の接続点Y2との間に、整流器D1が接
続されている。この接続点Y2は別の演算増幅器A4の出力端になっている。
この演算増幅器A4及びこの増幅器に接続される素子は矩形波発振回路に相当す
るもので、図7において点線で囲んだ領域100により表しである。この矩形波
発振器の回路は更に、演算増幅器A4の正入力端と接続点Y2との間に接続した
抵抗R8を備えている。抵抗RIOが同様に演算増幅器A4の正入力端と12ボ
ルト電源との間に接続されている。抵抗11が演算増幅器A4の正入力端とアー
スとの間に接続され、この抵抗11の両端は演算増幅器A4の正入力端及び負入
力端に各々至る。コンデンサC5が演算増幅器A4の負入力端とアースとの間に
同様に接続されている。出力接続点Y2と演算増幅器A4の負入力端との間、す
なわち、その負入力端及びコンデンサC4の間に、更に抵抗R,1,2が接続さ
れている。
図7で述べた回路の動作を、以下で説明する。
図7に示す回路では、トランジスタQ1は変圧器T1の一次巻線W1を駆動する
。変圧器T1の一次巻線W1に入力した電圧は変圧器T1で昇圧され、2次巻線
W2から圧電変換器10の駆動ターミナルP1に供給される。電圧信号が変圧器
T1で昇圧されるとき、その電圧信号は一次巻線W1の誘導分流により低周波数
での、望んでいない位相シフトを受ける。この電圧信号はまた、変圧器T1の漏
インダクタンスにより高周波数での、望んでいない位相シフトを受ける。図7
の回路を利用することで、圧電素子10の発振周波数をオフセットする、それら
の位相シフトの傾向を最小にできる。すなわち、図7に示す回路が動作すると、
圧電変換器10、つまり、この回路が図3及び図4に示す機器に適用されている
場合の後退灯付き音響発生装置及びテールライト・アセンブリ・ユニットの全体
は、その共振周波数Foで確実に振動し、昇圧変圧器T1により生じた位相シフ
トは共振周波数F。で振動する圧電素子10、つまり振動構造に影響しない。
この結果を得るためには、圧電素子10の検知ターミナルP2は圧電素子10の
振動周波数を検知する。この検知された周波数は次いで演算増幅器A3に入力す
る。検知ターミナルP2で検知した信号の信号値は高いので、分流器として付加
されているコンデンサC3が検知信号の値を扱い得るレベルまで下げる。抵抗R
3及びコンデンサC4が動作し、ローパルスフィルタ回路を形成する。このロー
パルスフィルタ回路のカットオフ周波数を決めるRC積は、原理的には、C3及
びC4の実効的な直列静電容量を、R3,R4及びR5の並列回路の抵抗倍した
ものにより決まる。このローパルスフィルタの3dB低下の周波数(カットオフ
周波数)は、典型的には800Hzである。このローパルスフィルタは変圧器T
1により生じた低周波の位相シフトを通過させる。このため、演算増幅器A3の
正入力端に人力するのは、はとんど、圧電素子10の高周波数発振の信号に制限
される。
演算増幅器Δ3の出力により、電流制限抵抗R6を通してトランジスタQ1のベ
ースが駆動される。トランジスタQ1により変圧器T1が駆動され、これにより
発振ループが完結する。
演算増幅器A3は、その出力端と反転入力端との間のフィードバック回路を特徴
としている。このフィードバック回路には、抵抗R7とコンデンサC2が含まれ
ている。抵抗R7及びコンデンサC2は実効的に、演算増幅器A3の出力をRC
フィルタを通して演算増幅器A3の反転入力端にフィードバックし、バイパス
ィルタを形成している。演算増幅器A3の反転入力端の信号が、コンデンサC2
からのフィードバック信号の入力を取り込むように迅速に処理され、これにより
演算増幅器へ3の出力がロー又はハイ状態のいずれかにある時間が制限される。
このようにして、この演算増幅器A3のフィードバック回路は動作し、変圧器T
1を通過するときに生じ、且つ、検知ターミナルP2で検知される高周波での位
シフトを効果的に、除去できる。演算増幅器A3の出力により、トランジスタ
Q1が制御される。すなわち、演算増幅器A3の出力により、トランジスタQ1
オンオフ切換え制御され、これにより、12ボルト入力信号が変圧器T1を
通って昇圧され、駆動ターミナルP1に供給されるか否かが制御される。
したがって、この回路が動作すると、変圧器T1により生じてターミナルP2に
より検知される高周波及び低周波の位相シフトの両方が効果的に排除される。
この結果、駆動ターミナルP1は圧電素子10、すなわち振動ユニット全体を的
確に駆動し、その共振周波数Foでのみ発振させる。
さらに、図7の回路が動作すると、圧電素子10、すなわち振動ユニット全体を
、共振周波数が所定範囲に在る限り、その共振周波数F。で駆動させる。例えば
、以下で議論するように、この回路の各素子は、駆動回路が圧電素子又はユニッ
トと共に動作したとき、1〜4kHzの間の共振周波数を有するように、その値
を選択できる。そこで、圧電素子又はユニットの共振周波数Faがその範囲に止
まる限り、図7の駆動回路は圧電素子又はユニットをその共振周波数Foで効果
的に駆動する。このように、図7の駆動回路は、製造中に自然に生じてしまうよ
うな、僅かずつ異なる共振周波数の圧電素子を用いた場合でも動作できる。すな
わち、別々のテールライドパアセンブリに挿入された各後退灯付き音響発生装置
に対しても的確に動作し、例えば、温度変化に伴う共振周波数のドリフトによっ
て生じる圧電素子の共振周波数の変化を補償できる。
共振周波数が1〜4kHz (好ましくは、2〜3kH2)の間にある圧電素子
又は圧電構造ユニットを利用する場合、図7に示す各素子の典型的な値は、以下
のようである。すなわち、R3=470 [kΩ]、R4=680 [kΩ]、
R5=680[kΩ]、R6=27 [kΩ]、R7=1.5 [MΩ]、R8
=22[kΩ]、R10=100 [kΩ]、R11=1.OO[kΩ]、R1
2=2.7[MΩ]、C3=0.003 [μF]、C4=0.001 EuF
3.C3=O1】 [μF]、C7=0.0033 [μF]。さらに、A3及
びA4は演算増幅器LM358、QlはNTE46のダーリントン拳トランジス
タ、DlはIN4】48の整流器である。共振周波数が1〜4kHzの間、好ま
しくは2〜3kHzの間に在る場合、このような回路素子を利用することにより
図7に示す回路は圧電素子又は圧電構造ユニットをその共振周波数F。て効果
的に駆動するように動作する。なお、回路定数は上述のものに限定されず、それ
らの回路素子の値を変えて、別の共振周波数Foの圧電素子又は圧電構造ユニッ
トであっても動作するようにできることも、明確に理解されるところである。
図7の回路は更に、波形発振器回路100にも特徴がある。この波形発振器回路
100を動作させると、振動用の圧電素子10からの音をより際立たせることが
できる。振動用の圧電素子10からの音をより際立たせるために、波形発振器回
路100は圧電素子10の振動を約1秒の周期でターンオン及びターンオフさせ
る。圧電素子をこの割合でターンオン及びターンオフさせることにより、その圧
電素子の振動時間が周期的に変化し、その変化割合で生じる音はより際立つこと
になる。
したがって、演算増幅器A4の出力がハイであるとき、電流が整流器D1を通っ
て流れ、演算増幅器A3の反転入力を正にする。この結果、演算増幅器A3の出
力は強制的にローとなる。これにより、トランジスタQ1の出力が停止し、圧電
素子10の発振も停止される。
図7のフィードバック回路は、特に図3〜5に示した後退灯付き音響発生装置を
参照して説明してきた。しかし、このフィードバック回路は圧電変換器を駆動す
る回路なら、どんな回路にも組み込むことができる。とくに、変圧器を通して圧
電変換器を駆動する回路にも組み込むことができる。
以上の示唆に照らして、本発明では、種々の変更や変形が可能である。j7たが
って、添付のクレームの範囲内ならば、上記で詳細に説明したものとは異なる態
様であっても本発明を実施できる。
フロントページ続き
(81)指定回 EP(AT、BE、CH,DE。
DK、ES、FR,GB、GR,IT、LU、MC,NL、SE)、0A(BF
、BJ、CF、CGCI、CM、GA、GN、ML、MR,SN、TD、TG
)、AU、BB、BG、BR,CA、C3,FI、HU、JP。
KP、KR,LK、MG、MW、No、PL、R○、RU、SD

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