株式会社Same Sky Japan

ピエゾ素子

音響アラートや振動フィードバックのアプリケーションに最適なSame Skyのピエゾ素子は、最小で0.12mmという極めて薄型のプロファイルで、シンプルかつ信頼性のあるデザインを実装するための、リード線無しかリード線付きのバージョンでご利用いただけます。当社のピエゾ素子は、12mm～44mmまでの直径、20Vp-pまたは30Vp-pの定格電圧、-30～70°Cの動作温度範囲を備えています。

＜ピエゾ素子製品概要＞
定格電圧:　20Vp-p ~ 30Vp-p
共振周波数:　600Hz ~ 10.5kHz
静電容量:　8,000pF ~ 70,000pF
インピーダンス:　150Ω ~ 1.5kΩ
実装タイプ:　リード線、はんだ付け
サイズ:　Φ12mm ~ Φ44mm

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【ピエゾ素子主要性能リスト】

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2線タイプ

品番	定格電圧	静電容量	共振周波数	実装タイプ	サイズ
CEB-1213	30Vp-p	12000pF	4000Hz	半田付け	Φ12 x 0.13 mm
CEB-1213-L100	30Vp-p	12000pF	4000Hz	リード線	Φ12 x 0.13 mm
CEB-1220	30Vp-p	13000pF	8500Hz	半田付け	Φ12 x 0.2 mm
CEB-1220-L100	30Vp-p	13000pF	8500Hz	リード線	Φ12 x 0.2 mm
CEB-1521	30Vp-p	15000pF	6000Hz	半田付け	Φ15 x 0.21 mm
CEB-1521-L100	30Vp-p	15000pF	6000Hz	リード線	Φ15 x 0.21 mm
CEB-1541	30Vp-p	8000pF	10500Hz	半田付け	Φ15 x 0.41 mm
CEB-1541-L100	30Vp-p	8000pF	10500Hz	リード線	Φ15 x 0.41 mm
CEB-2021	30Vp-p	21000pF	3600Hz	半田付け	Φ20 x 0.21 mm
CEB-2021-L100	30Vp-p	21000pF	3600Hz	リード線	Φ20 x 0.21 mm
CPT-2065-L100	30Vp-p	14000pF	6500Hz	リード線	Φ20 x 0.42 mm
CEB-2043	30Vp-p	10000pF	7200Hz	半田付け	Φ20 x 0.43 mm
CEB-2043-L100	30Vp-p	10000pF	7200Hz	リード線	Φ20 x 0.43 mm
CEB-20D64	30Vp-p	13000pF	6500Hz	リード線	Φ20 x 0.43 mm
CEB-2732	30Vp-p	26000pF	3250Hz	半田付け	Φ27 x 0.32 mm
CEB-2732-L100	30Vp-p	26000pF	3250Hz	リード線	Φ27 x 0.32 mm
CEB-27D44	30Vp-p	16000pF	4600Hz	リード線	Φ27 x 0.51 mm
CEB-3550	30Vp-p	35000pF	2900Hz	半田付け	Φ35 x 0.5 mm
CEB-3550-L100	30Vp-p	35000pF	2900Hz	リード線	Φ35 x 0.5 mm
CEB-35D26	30Vp-p	30000pF	2600Hz	リード線	Φ35 x 0.53 mm
CPT-3526-L100	30Vp-p	30000pF	2600Hz	リード線	Φ35 x 0.53 mm
CEB-44D06	20Vp-p	70000pF	600Hz	リード線	Φ44 x 0.23 mm

3線(フィードバック)タイプ

品番	定格電圧	静電容量	共振周波数	実装方法	サイズ
CEB-12012	30Vp-p	13000pF	4900Hz	半田付け	Φ12 x 0.12 mm
CEB-12012-L100	30Vp-p	13000pF	4900Hz	リード線	Φ12 x 0.12 mm
CEB-20FD64	30Vp-p	10000pF	6400Hz	リード線	Φ20 x 0.43 mm
CPT-2064-L100	30Vp-p	10000pF	6400Hz	リード線	Φ20 x 0.43 mm
CEB-21018	30Vp-p	21000pF	3100Hz	半田付け	Φ21 x 0.18 mm
CEB-21018-L100	30Vp-p	21000pF	3100Hz	リード線	Φ21 x 0.18 mm
CEB-21028	30Vp-p	26000pF	3200Hz	半田付け	Φ21 x 0.28 mm
CEB-21028-L100	30Vp-p	26000pF	3200Hz	リード線	Φ21 x 0.28 mm
CEB-27028	30Vp-p	30000pF	2900Hz	半田付け	Φ27 x 0.28 mm
CEB-27028-L100	30Vp-p	30000pF	2900Hz	リード線	Φ27 x 0.28 mm
CEB-27028H	30Vp-p	30000pF	3500Hz	半田付け	Φ27 x 0.28 mm
CEB-27032-L100	30Vp-p	30000pF	3500Hz	リード線	Φ27 x 0.32 mm
CEB-2704	30Vp-p	22000pF	3600Hz	半田付け	Φ27 x 0.4 mm
CEB-2704-L100	30Vp-p	22000pF	3600Hz	リード線	Φ27 x 0.4 mm
CEB-27048	30Vp-p	20000pF	4400Hz	半田付け	Φ27 x 0.48 mm
CEB-27048-L100	30Vp-p	20000pF	4400Hz	リード線	Φ27 x 0.48 mm
CEB-27FD44	30Vp-p	16000pF	4500Hz	リード線	Φ27 x 0.51 mm
CPT-2745-L100	30Vp-p	16000pF	4500Hz	リード線	Φ27 x 0.51 mm
CPT-2746-L100	30Vp-p	16000pF	4600Hz	リード線	Φ27 x 0.53 mm
CEB-35035	30Vp-p	55000pF	2000Hz	半田付け	Φ35 x 0.35 mm
CEB-35035-L100	30Vp-p	55000pF	2000Hz	リード線	Φ35 x 0.35 mm
CPT-3529-L100	30Vp-p	25000pF	2900Hz	リード線	Φ35 x 0.58 mm
CEB-35058	30Vp-p	25000pF	2900Hz	半田付け	Φ35 x 0.58 mm
CEB-35FD29	30Vp-p	25000pF	2900Hz	リード線	Φ35 x 0.63 mm

【ピエゾ素子とは？用途・種類・使用方法を解説】

ピエゾ素子（圧電素子）は、電圧を加えることで発生する機械的な振動を利用して、音を発生させる電子部品です。電子機器の警告音、アラーム音、操作音などの発音用途に使用されます。 Same Skyでは、2線タイプに加え、フィードバック端子を備えた3線タイプをラインアップしており、用途や駆動回路に応じて選択できます。

ピエゾ素子とは？

ピエゾ素子（圧電素子）は、圧電効果を利用した電子部品です。圧電材料に電圧を加えると材料が変形する性質を利用し、電気信号を機械的な振動に変換します。ピエゾ素子に交流電圧を印加すると、素子が周期的に変形・振動します。この振動を空気に伝えることで、音を発生させることができます。（逆に、圧電素子に力を加えて変形させると、電圧が発生する性質もあります。）ピエゾ素子は、電子機器のブザー、警告音、アラーム、操作音などの発音用途に使用されています。また、薄型で比較的消費電力が小さいという特長から、限られたスペースに発音機能を組み込みたい機器にも適しています。

ピエゾ素子の仕組み

ピエゾ素子は、電圧を機械的な振動に変換することで音を発生させます。交流電圧をピエゾ素子に印加すると、電圧の変化に応じて圧電材料が伸縮します。この伸縮によって振動板が振動し、周囲の空気を振動させることで音波が発生します。一般的に、ピエゾ素子は特定の周波数付近で大きく振動する特性があります。この周波数を共振周波数と呼び、適切な周波数で駆動することで、より大きな音圧を得やすくなります。ピエゾ素子の仕組み

ピエゾ素子とピエゾブザーの違い

一般的に、ピエゾブザーの中には、発音体としてピエゾ素子が組み込まれています。圧電効果によってピエゾ素子を伸縮・振動させ、その振動によって音を発生させるのがピエゾブザーです。一方、ピエゾ素子そのものは、ブザー以外にも、超音波センサーや圧力センサー、マイクロポンプ、ハプティクス（触覚）技術など、さまざまな用途に使用されています。 Same Skyのピエゾ素子は、主にブザー用途での使用を想定しており、限られたスペースへの組み込みや、用途に応じた筐体・音響設計が行えるよう、さまざまなサイズや仕様で提供しています。ピエゾ素子に、音響特性を得るためのケースや端子などを組み合わせたものが、オーディオ・トランスデューサー・ブザーです。さらに、DC電圧で駆動するための回路を内蔵したものが、オーディオ・インジケーター・ブザーであると言えます。

2線タイプと3線タイプの違い

Same Skyのピエゾ素子には、2線タイプと3線（フィードバック）タイプがあります。

2線タイプ

2線タイプは、2本の端子間に駆動信号を印加して使用します。外部の駆動回路によって発音周波数や駆動方法を設定できるため、複数の周波数を使用する用途などに適しています。
2線タイプと周辺回路例

3線（フィードバック）タイプ

3線タイプは、発音用の主電極に加えてフィードバック端子を備えています。ピエゾ素子の振動によってフィードバック側に電圧が発生するため、この信号をトランジスタなどの駆動回路へ戻すことで、発振回路を構成できます。3線タイプは、特定の周波数で発音する警告音やアラームなど、比較的シンプルな駆動回路で発音機能を構成したい用途に適しています。 3線タイプと周辺回路例

ピエゾ素子の駆動方法

ピエゾ素子は外部から電気信号を印加して駆動します。2線タイプでは、FETやBJTなどのスイッチング素子を使用して周期的な駆動信号を生成する方法があります。単純な駆動回路では、電源電圧とスイッチング回路を利用してピエゾ素子を駆動します。より大きな音圧が必要な場合には、プッシュプル回路やブリッジ回路を使用して、ピエゾ素子に印加する電圧振幅を大きくする方法があります。

オーディオ

　ピエゾ・トランスデューサー・ブザーの音声出力を増加する方法

ただし、ピエゾ素子には定格電圧が設定されているため、駆動電圧が定格を超えないようにする必要があります。また、駆動周波数によって音圧が大きく変化するため、素子の共振周波数も考慮する必要があります。

共振周波数と音圧

ピエゾ素子には、特に大きく振動しやすい周波数があります。この周波数を共振周波数と呼びます。一般的に、駆動周波数をピエゾ素子の共振周波数付近に合わせると、素子の振動が大きくなり、高い音圧を得やすくなります。ただし、実際の音圧はピエゾ素子だけで決まるものではありません。駆動電圧、駆動回路、振動板の取り付け方法、筐体の構造などによっても変化します。そのため、ピエゾ素子を選定する際には、製品仕様に記載された共振周波数だけでなく、実際の使用条件を考慮することが重要です。なお、実際の最適な駆動周波数は、ピエゾ素子の取り付け方法や筐体の構造によって変化する場合があります。

ピエゾ素子の定格電圧とVp-p

ピエゾ素子の定格電圧には、Vp-p（ピーク・ツー・ピーク）で表されるものがあります。Vp-pは、交流波形の最大電圧と最小電圧の差を表す値です。例えば、30Vp-pの場合、正負対称の交流波形では+15V～-15Vとなり、ピーク電圧は15Vです。 Vp-pはDC電圧とは意味が異なるため、ピエゾ素子を駆動する際には、電源電圧だけでなく、実際にピエゾ素子の端子間に印加される電圧波形を確認することが重要です。また、実際の使用電圧は、ピエゾ素子の定格電圧を超えないことはもちろん、定格電圧に対して十分に余裕を持った値にすることをお勧めします。

【ピエゾ素子の選び方】

ピエゾ素子を選定する際には、必要な音圧や発音周波数だけでなく、駆動電圧、共振周波数、サイズ、厚さ、端子数、実装方法などを確認する必要があります。

共振周波数

必要な発音周波数に適した共振周波数の製品を選定します。

定格電圧

使用する駆動回路の電圧が、ピエゾ素子の定格範囲に収まることを確認します。

静電容量

ピエゾ素子は容量性負荷としての特性を持つため、駆動回路を設計する際には静電容量も確認する必要があります。

サイズ・厚さ

製品の取り付けスペースだけでなく、音圧や振動特性にも関係するため、機械構造と合わせて選定します。

2線／3線

外部回路で自由に駆動したい場合は2線タイプ、フィードバック信号を利用した発振回路を構成したい場合は3線タイプが選択肢になります。

インピーダンス

駆動回路との組み合わせを検討する際には、ピエゾ素子のインピーダンスも確認します。インピーダンスは周波数によって変化するため、実際の駆動条件に応じて確認することが重要です。

【ピエゾ素子に関するよくある質問】

ピエゾ素子とは何ですか？

ピエゾ素子は、圧電効果を利用して電気信号を機械的な振動に変換する電子部品です。振動板などを振動させることで音を発生させます。

ピエゾ素子と圧電素子は同じものですか？

一般的には同じ意味で使用されます。「ピエゾ」は圧電効果を意味する言葉で、ピエゾ素子は圧電素子とも呼ばれます。

2線タイプと3線タイプの違いは何ですか？

2線タイプは2本の端子間に駆動信号を印加して使用します。3線タイプは発音用端子に加えてフィードバック端子を備えており、フィードバック信号を利用した発振回路を構成できます。

ピエゾ素子はどの周波数で駆動すればよいですか？

発音する周波数や必要な音圧によって異なります。高い音圧が必要な場合には、ピエゾ素子の共振周波数付近で駆動する方法があります。

Vp-pとは何ですか？

Vp-p（ピーク・ツー・ピーク）は、交流波形の最大電圧と最小電圧の差を表す値です。ピエゾ素子の定格電圧がVp-pで示されている場合は、DC電圧とは区別して考える必要があります。

ピエゾ素子の音を大きくするにはどうすればよいですか？

ピエゾ素子から大きな音を発生させるには、駆動周波数、駆動電圧、駆動回路、取り付け構造などを適切に設計する必要があります。まず、ピエゾ素子の共振周波数付近で駆動することで、効率よく振動させられる場合があります。また、定格の範囲内で駆動電圧を高くすることで、振動を大きくできる場合があります。さらに、ブリッジ回路などによってピエゾ素子に印加する電圧振幅を大きくする方法もあります。ただし、音圧はピエゾ素子単体の特性だけでなく、振動板の固定方法や筐体の構造によっても大きく変化します。そのため、最終的な製品では実際の機械構造を含めた評価が必要です。