(57)【要約】  所定の延伸軸を有しかつキラル高分子からなる圧電シートを用いて構成した、たとえばバイモルフ構造の圧電スピーカを全周において固定すると、適正な振動が阻害され、スピーカとして機能し得ない。  所定の延伸軸を有しかつキラル高分子からなる圧電シート（１２，１３）の相対向する主面上に形成された電極（１７）を、放射方向に延びる複数の分割線（２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ）によって４つの電極部分（Ｅ１〜Ｅ４）に分割する。４つの電極部分（Ｅ１〜Ｅ４）は、振動領域１５の中心部分を除く外周部分に沿って分布する。電極部分（Ｅ１〜Ｅ４）によって電圧がそれぞれ印加される圧電シート（１２，１３）の４つのシート部分のうちの隣り合うものの間で、当該圧電シート（１２，１３）の厚み方向に生じる電界ベクトルが互いに逆向きになるように、４つの電極部分（Ｅ１〜Ｅ４）の各々に電圧を印加する。
2009144964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子からなる複数のシートが貼り合わされてなる積層体を備え、
前記複数のシートの少なくとも１枚が、所定の延伸軸を有しかつキラル高分子からなる圧電シートであり、
前記圧電シートにおける振動させるべき振動領域の相対向する第１および第２の主面上には、それぞれ、当該圧電シートに電圧を印加するための第１および第２の電極が形成され、
前記第１および第２の電極の少なくとも一方は、放射方向に延びる複数の分割線によって分割された複数の電極部分からなる分割電極であり、複数の前記電極部分は、前記振動領域の中心部分を除く外周部分に沿って分布しており、
前記延伸軸に対して、前記複数の分割線は０度以上かつ４０度未満の範囲および５０度を超えかつ９０度以下の範囲のいずれかの角度をなし、
複数の前記電極部分によって電圧がそれぞれ印加される前記圧電シートの複数のシート部分のうちの隣り合うものの間で、当該圧電シートの厚み方向に生じる電界ベクトルが互いに逆向きになるように、複数の前記電極部分の各々によって電圧が印加される、
圧電スピーカ。
【請求項２】
複数の前記電極部分は、第１ないし第４の電極部分を含む、請求項１に記載の圧電スピーカ。
【請求項３】
前記分割電極は、前記第１ないし第４の電極部分とは分離されながら、前記振動領域の中心部分に分布し、かつ前記複数の分割線によって分割された第５ないし第８の電極部分をさらに含み、
前記第１ないし第８の電極部分によって電圧がそれぞれ印加される前記圧電シートの第１ないし第８のシート部分のうちの隣り合うものの間で、当該圧電シートの厚み方向に生じる電界ベクトルが互いに逆向きになるように、前記第１ないし第８の電極部分の各々によって電圧が印加される、
請求項２に記載の圧電スピーカ。
【請求項４】
前記第１の電極部分と前記第５の電極部分とが放射方向に並ぶように配置され、前記第２の電極部分と前記第６の電極部分とが放射方向に並ぶように配置され、前記第３の電極部分と前記第７の電極部分とが放射方向に並ぶように配置され、前記第４の電極部分と前記第８の電極部分とが放射方向に並ぶように配置され、さらに、前記第１の電極部分と前記第６および第８の電極部分のいずれか一方とを接続する第１の接続線と、前記第２の電極部分と前記第５および第７の電極部分のいずれか一方とを接続する第２の接続線と、前記第３の電極部分と前記第６および第８の電極部分のいずれか他方とを接続する第３の接続線と、前記第４の電極部分と前記第５および第７の電極部分のいずれか他方とを接続する第４の接続線とが、前記圧電シート上に形成されている、請求項３に記載の圧電スピーカ。
【請求項５】
前記圧電シートにおける前記振動領域の中心部分を除く外周部分において第１ないし第４の部分がこの順序で周方向に並ぶように、前記外周部分を４分割したとき、複数の前記電極部分は、前記第１および第３の部分上にそれぞれ位置される２つの電極部分からなり、
前記２つの電極部分によって電圧がそれぞれ印加される前記圧電シートの２つのシート部分には、前記圧電シートの厚み方向に生じる電界ベクトルが互いに同じ向きになるように、前記２つの電極部分の各々によって電圧が印加される、請求項１に記載の圧電スピーカ。
【請求項６】
前記第１および第２の電極の各々が、前記分割電極である、請求項１ないし５のいずれかに記載の圧電スピーカ。
【請求項７】
前記圧電シートの厚み方向に透視したとき、前記第１の電極の各前記電極部分間に位置する電極非形成領域と前記第２の電極の各前記電極部分間に位置する電極非形成領域とは互いに実質的に重ならないようにされる、請求項６に記載の圧電スピーカ。
【請求項８】
前記第１および第２の電極は、互いに実質的に同じパターンをもって形成される、請求項６に記載の圧電スピーカ。
【請求項９】
前記第１および第２の電極のいずれか一方のみが、前記分割電極であり、いずれか他方は、前記分割電極を形成する複数の前記電極部分に共通に対向する一様な共通電極である、請求項１ないし５のいずれかに記載の圧電スピーカ。
【請求項１０】
前記圧電シートは、各々の第１の主面を互いに向かい合わせた状態で貼り合わされる第１および第２の圧電シートを備え、前記第１の電極は、導電性接着剤からなり、かつ前記第１および第２の圧電シートの各々の前記第１の主面を互いに接着するように形成され、前記第２の電極は、前記第１および第２の圧電シートの各々の前記第１の主面と対向する第２の主面上に形成され、前記第１の電極が前記共通電極であり、前記第２の電極が前記分割電極であり、前記第１および第２の圧電シートが互いに逆の動きをするように、前記分割電極によって電圧が印加される、請求項９のいずれかに記載の圧電スピーカ。
【請求項１１】
前記共通電極はグランドに接続される、請求項９に記載の圧電スピーカ。
【請求項１２】
前記圧電シートは、貼り合わされる第１および第２の圧電シートを備え、前記第１および第２の電極は、前記第１の圧電シートの相対向する第１および第２の主面上にそれぞれ形成されるとともに、前記第２の圧電シートの相対向する第１および第２の主面上にそれぞれ形成され、前記第１および第２の圧電シートが互いに逆の動きをするように、前記分割電極によって電圧が印加される、請求項１ないし５のいずれかに記載の圧電スピーカ。
【請求項１３】
前記圧電シートの厚み方向に透視したとき、前記第１の圧電シート上に形成される前記分割電極についての各前記電極部分間に位置する電極非形成領域と前記第２の圧電シート上に形成される前記分割電極についての各前記電極部分間に位置する電極非形成領域とは互いに実質的に重ならないようにされる、請求項１２に記載の圧電スピーカ。
【請求項１４】
前記圧電シートは、互いに接着層を介して接着された第１および第２の圧電シート層からなる積層構造を有し、前記第１の圧電シート層の前記延伸軸と前記第２の圧電シート層の前記延伸軸とは互いに異なる方向に向いており、前記第１および第２の電極は、前記積層構造の圧電シートの相対向する第１および第２の主面上にそれぞれ形成される、請求項１ないし５のいずれかに記載の圧電スピーカ。
【請求項１５】
前記振動領域が、共通の前記圧電シートにおける複数箇所に分布するように設けられる、請求項１ないし５のいずれかに記載の圧電スピーカ。
【請求項１６】
複数の前記振動領域の各々に形成される前記第１および第２の電極のパターンおよび寸法は互いに同じである、請求項１５に記載の圧電スピーカ。
【請求項１７】
複数の前記振動領域の各々に形成される前記第１および第２の電極のパターンおよび寸法の少なくとも一方は互いに異なる、請求項１５に記載の圧電スピーカ。
【請求項１８】
前記キラル高分子はＬ型ポリ乳酸である、請求項１ないし５のいずれかに記載の圧電スピーカ。
【請求項１９】
前記第１および第２の電極は、酸化インジウム錫、酸化インジウム亜鉛および酸化亜鉛の少なくとも１種を主成分とする層を含む、請求項１ないし５のいずれかに記載の圧電スピーカ。
【請求項２０】
前記第１および第２の電極は、ポリチオフェン系導電性ポリマーおよびポリアニリン系導電性ポリマーの少なくとも一方からなる層を含む、請求項１ないし５のいずれかに記載の圧電スピーカ。
【請求項２１】
前記第１および第２の電極は、前記積層体の積層方向に見て、酸化亜鉛を主成分とする層とポリチオフェン系導電性ポリマーからなる層とが重なり合う構成を有する、請求項１ないし５のいずれかに記載の圧電スピーカ。
【請求項２２】
額と、前記額の前面に配置された請求項１ないし５のいずれかに記載の圧電スピーカとを備える、スピーカ装置。
【請求項２３】
前記額が壁掛け可能とされる、請求項２２に記載のスピーカ装置。
【請求項２４】
請求項１ないし５のいずれかに記載の圧電スピーカをタッチパネルの表面に構成している、タクタイルフィードバック装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、圧電スピーカ、スピーカ装置およびタクタイルフィードバック装置に関するもので、特に、たとえばポリ乳酸のように、延伸することにより圧電性を発現する高分子からなる圧電シートをもって構成される圧電スピーカ、ならびにそれを用いて構成されるスピーカ装置およびタクタイルフィードバック装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
たとえば特開２００３−２４４７９２号公報（特許文献１）には、透明の圧電フィルムスピーカを携帯電話機の表示画面上に湾曲させて設置し、音を広い範囲から出力して、スピーカからの聞き取り性能を向上させたものが開示されている。【０００３】
しかしながら、表示画面上に透明スピーカを湾曲させて取り付けることは、携帯電話機等の装置の見栄えを悪くするばかりでなく、まわりのものが透明スピーカに映り込むので、表示画面の視認性を悪くすることがある。【０００４】
また、特許文献１に開示される透明スピーカでは、振動板の側面が大きく開いており、ごみ、その他の汚れが入りやすく、一旦入ると、取り除くことも煩わしい。また、表示画面を保護する保護板と透明スピーカとを共通化することができない。もし共通化するとすれば、透明スピーカの側面が大きく開いているので、表示装置に対する防水性能が著しく低いものとなる。【０００５】
また、特許文献１には、圧電フィルムスピーカに備える圧電性フィルム（圧電シート）の材料例として、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）が記載されている。図５５は、厚み方向にポーリングを施したＰＶＤＦシートの両面に電極を形成し、このシートを２枚貼り合わせてバイモルフ１００としたときの変位を有限要素法で計算した結果を図解的に示したものである。特許文献１に記載のものでは、変形前の元の状態が撓んでいるが、図５５では、変形前の元の状態を平面とし、電圧が印加されたときにどのように変形するかが示されている。なお、変位は実際のものより誇張して示されている。逆の電圧が印加されると、図５５に示した変形とは逆に中央部が凹むような変形となる。交流電圧が印加されると、このような変形が繰り返されて振動となり音が出る。【０００６】
図５５には、バイモルフ１００の相対向する２辺を固定したときの変位が示されている。言い換えると、バイモルフ１００は、その相対向する２辺を固定すれば、図５５に示すように振動するが、たとえば４辺を固定したときには、ほとんど振動しない。【０００７】
そのため、バイモルフ１００をスピーカに応用しようとする場合、バイモルフ１００を振動可能にすることが条件となり、よって、バイモルフ１００の固定のための設計に制限を受ける。そして、バイモルフ１００のスピーカへの応用を考えた場合、その４辺において、すなわち全周において、バイモルフ１００を固定しても、振動可能であることが要望される。
【特許文献１】特開２００３−２４４７９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、この発明の目的は、上述したような要望を満たし得る、圧電スピーカならびにそれを用いて構成されるスピーカ装置およびタクタイルフィードバック装置を提供しようとすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る圧電スピーカは、高分子からなる複数のシートが貼り合わされてなる積層体を備え、複数のシートの少なくとも１枚が、所定の延伸軸を有しかつキラル高分子からなる圧電シートであり、圧電シートにおける振動させるべき振動領域の相対向する第１および第２の主面上には、それぞれ、当該圧電シートに電圧を印加するための第１および第２の電極が形成されている。【００１０】
上述した技術的課題を解決するため、この発明に係る圧電スピーカでは、第１および第２の電極の少なくとも一方は、放射方向に延びる複数の分割線によって分割された複数の電極部分からなる分割電極であり、複数の電極部分は、振動領域の中心部分を除く外周部分に沿って分布しており、上記延伸軸に対して、上記複数の分割線は０度以上かつ４０度未満の範囲および５０度を超えかつ９０度以下の範囲のいずれかの角度をなし、複数の電極部分によって電圧がそれぞれ印加される圧電シートの複数のシート部分のうちの隣り合うものの間で、当該圧電シートの厚み方向に生じる電界ベクトルが互いに逆向きになるように、複数の電極部分の各々によって電圧が印加されることを特徴としている。【００１１】
上記複数の電極部分は、第１ないし第４の電極部分を含むことが好ましい。【００１２】
上記好ましい実施態様において、上記分割電極は、第１ないし第４の電極部分とは分離されながら、振動領域の中心部分に分布し、かつ上記複数の分割線によって分割された第５ないし第８の電極部分をさらに含み、第１ないし第８の電極部分によって電圧がそれぞれ印加される圧電シートの第１ないし第８のシート部分のうちの隣り合うものの間で、当該圧電シートの厚み方向に生じる電界ベクトルが互いに逆向きになるように、第１ないし第８の電極部分の各々によって電圧が印加されることが好ましい。【００１３】
上述の好ましい実施態様において、第１の電極部分と第５の電極部分とが放射方向に並ぶように配置され、第２の電極部分と第６の電極部分とが放射方向に並ぶように配置され、第３の電極部分と第７の電極部分とが放射方向に並ぶように配置され、第４の電極部分と第８の電極部分とが放射方向に並ぶように配置されるとき、第１の電極部分と第６および第８の電極部分のいずれか一方とを接続する第１の接続線と、第２の電極部分と第５および第７の電極部分のいずれか一方とを接続する第２の接続線と、第３の電極部分と第６および第８の電極部分のいずれか他方とを接続する第３の接続線と、第４の電極部分と第５および第７の電極部分のいずれか他方とを接続する第４の接続線とが、圧電シート上に形成されていることが好ましい。【００１４】
この発明に係る圧電スピーカにおいて、圧電シートにおける振動領域の中心部分を除く外周部分において第１ないし第４の部分がこの順序で周方向に並ぶように、外周部分を４分割したとき、複数の電極部分は、上記第１および第３の部分上にそれぞれ位置される２つの電極部分から構成されてもよい。この場合、これら２つの電極部分によって電圧がそれぞれ印加される圧電シートの２つのシート部分には、圧電シートの厚み方向に生じる電界ベクトルが互いに同じ向きになるように、２つの電極部分の各々によって電圧が印加される。【００１５】
この発明に係る圧電スピーカにおいて、第１および第２の電極の各々が、上記分割電極である、第１の実施態様と、第１および第２の電極のいずれか一方のみが、上記分割電極であり、いずれか他方は、分割電極を形成する複数の電極部分に共通に対向する一様な共通電極である、第２の実施態様とがある。「分割電極」は、前述したように、分割された複数の電極部分からなるもの全体を指す。他方、分割電極を形成する複数の電極部分に共通に対向する一様な電極を「共通電極」と呼ぶことにする。【００１６】
上記第１の実施態様において、圧電シートの厚み方向に透視したとき、第１の電極の各電極部分間に位置する電極非形成領域と第２の電極の各電極部分間に位置する電極非形成領域とは互いに実質的に重ならないようにされることが好ましい。【００１７】
また、上記第１の実施態様において、好ましくは、第１および第２の電極が、互いに実質的に同じパターンをもって形成される。【００１８】
上記第２の実施態様において、圧電シートは、各々の第１の主面を互いに向かい合わせた状態で貼り合わされる第１および第２の圧電シートを備え、第１の電極が、導電性接着剤からなり、かつ第１および第２の圧電シートの各々の第１の主面を互いに接着するように形成され、第２の電極は、第１および第２の圧電シートの各々の第１の主面と対向する第２の主面上に形成されてもよい。この場合、第１の電極が前述の共通電極であり、第２の電極が前述の分割電極であり、第１および第２の圧電シートが互いに逆の動きをするように、分割電極によって電圧が印加されると、振動領域をバイモルフ構造とすることができる。【００１９】
また、上記第２の実施態様において、上記共通電極はグランドに接続されることが好ましい。【００２０】
この発明に係る圧電スピーカにおいて、上記圧電シートは、貼り合わされる第１および第２の圧電シートを備えていることが好ましい。この場合、第１および第２の電極は、第１の圧電シートの相対向する第１および第２の主面上にそれぞれ形成されるとともに、第２の圧電シートの相対向する第１および第２の主面上にそれぞれ形成される。そして、第１および第２の圧電シートが互いに逆の動きをするように、分割電極によって電圧が印加されると、振動領域をバイモルフ構造とすることができる。【００２１】
上記の好ましい実施態様において、圧電シートの厚み方向に透視したとき、第１の圧電シート上に形成される分割電極についての各電極部分間に位置する電極非形成領域と第２の圧電シート上に形成される分割電極についての各電極部分間に位置する電極非形成領域とは互いに実質的に重ならないようにされることが好ましい。【００２２】
また、この発明に係る圧電スピーカにおいて、圧電シートは、互いに接着層を介して接着された第１および第２の圧電シート層からなる積層構造を有していてもよい。この場合、第１の圧電シート層の延伸軸と第２の圧電シート層の延伸軸とは互いに異なる方向に向けられる。そして、第１および第２の電極は、積層構造の圧電シートの相対向する第１および第２の主面上にそれぞれ形成される。この場合も、振動領域をバイモルフ構造とすることができる。【００２３】
この発明に係る圧電スピーカにおいて、前述の振動領域が、共通の圧電シートにおける複数箇所に分布するように設けられてもよい。これによって、複合型スピーカを一体形成することができる。この場合、複数の振動領域の各々に形成される第１および第２の電極のパターンおよび寸法が互いに同じであれば、たとえばステレオスピーカを一体形成することができ、他方、複数の振動領域の各々に形成される第１および第２の電極のパターンおよび寸法の少なくとも一方が互いに異なっていれば、たとえば２ウェイまたは３ウェイ方式のスピーカを一体形成することができる。【００２４】
圧電シートを構成するキラル高分子は、Ｌ型ポリ乳酸であることが好ましい。【００２５】
また、第１および第２の電極は、酸化インジウム錫、酸化インジウム亜鉛および酸化亜鉛の少なくとも１種を主成分とする層を含むことが好ましく、あるいは、ポリチオフェン系導電性ポリマーおよびポリアニリン系導電性ポリマーの少なくとも一方からなる層を含むことが好ましい。より好ましくは、第１および第２の電極は、積層体の積層方向に見て、酸化亜鉛を主成分とする層とポリチオフェン系導電性ポリマーからなる層とが重なり合う構成を有していることである。【００２６】
この発明は、また、額と、額の前面に配置される圧電スピーカとを備える、スピーカ装置にも向けられる。この発明に係るスピーカ装置は、圧電スピーカとした、上述したこの発明に係る圧電スピーカを備えることを特徴としている。【００２７】
この発明に係るスピーカ装置において、額が壁掛け可能とされることが好ましい。【００２８】
この発明は、さらに、上述したこの発明に係る圧電スピーカをタッチパネルの表面に構成している、タクタイルフィードバック装置にも向けられる。
【発明の効果】
【００２９】
この発明によれば、圧電スピーカの全周、特に振動領域の全周を固定した状態でも、振動領域を適正に振動させ音を鳴らすことができる。たとえば、圧電スピーカが矩形であれば、その４辺を固定した状態でも、振動領域を適正に振動させることができる。そのため、圧電スピーカおよびそれを備えるスピーカ装置において、設計の自由度が高まり、たとえば、完全に平面状態にしても音を鳴らすことができる。【００３０】
また、この発明によれば、高分子からなる複数のシートを貼り合わせた積層体を備える構造であるので、加工が容易である。そのため、設計変更に迅速にかつ低コストで対応でき、また、多品種少量生産にも適したものとすることができる。【００３１】
この発明に係る圧電スピーカにおいて、分割電極が、第１ないし第４の電極部分に加えて、振動領域の中心部分に分布される第５ないし第８の電極部分をさらに含んでいると、最大変位領域の面積を大きくすることができ、そのため、より効率的に音を鳴らすことができる。また、圧電シートの実質的全域に電極が形成されることができるので、電極形成部と電極非形成部との間での視覚的な差による違和感を緩和することができる。【００３２】
また、この発明によれば、振動領域の全周を固定した状態でも、振動領域を適正に振動させ音を鳴らすことができるので、共通の圧電シートにおける複数箇所に振動領域を分布させることができる。そのため、ステレオスピーカ、スピーカアレイ、２ウェイまたは３ウェイ方式のスピーカなどを一体形成することができる。【００３３】
第１および第２の電極の各々が、上記分割電極である、第１の実施態様が採用されると、所定の変位を生じさせるために必要な電圧を比較的低くすることができる。【００３４】
他方、第１および第２の電極のいずれか一方のみが、上記分割電極であり、いずれか他方は、分割電極を形成する複数の電極部分に共通に対向する一様な共通電極である、第２の実施態様が採用されると、信号供給のための配線構造を、上記第１の実施態様の場合に比べて簡素化することができる。この第２の実施態様において、上記共通電極をグランドに接続するようにすれば、ノイズ等の影響を低減することができる。【００３５】
この発明において、少なくとも２つの分割電極が圧電シートの厚み方向に重なるように配置される場合、少なくとも２つの分割電極について、圧電シートの厚み方向に透視したとき、分割電極を構成する各電極部分間に位置する電極非形成領域が互いに実質的に重ならないようにされていると、圧電スピーカを駆動したときに生じ得る電極非形成領域での応力の集中が緩和され、その結果、圧電シートの破損を抑制することができる。また、電極部分と電極非形成領域との視覚的な差による違和感を緩和することができる。【００３６】
この発明において、圧電シートを構成する螺旋高分子として、Ｌ型ポリ乳酸が用いられると、透明性に優れた圧電シートを得ることができ、その結果、圧電スピーカの透明度を高めることができる。また、Ｌ型ポリ乳酸によれば、圧電定数が大きく、安定した圧電特性を実現することができる。さらに、ポリ乳酸は、カーボンニュートラルであり、また、生分解性であるので、地球環境保護の点でも好ましい。【００３７】
第１および第２の電極が、酸化インジウム錫、酸化インジウム亜鉛、または酸化亜鉛を主成分とする層を含んでいると、圧電シートに透明性があれば、圧電スピーカを透明なものとすることができる。また、これら酸化インジウム錫、酸化インジウム亜鉛、および酸化亜鉛は導電率が高いため、圧電スピーカの消費電力を小さくすることができる。【００３８】
第１および第２の電極が、ポリチオフェン系導電性ポリマーおよびポリアニリン系導電性ポリマーの少なくとも一方からなる層を含んでいると、スパッタリングなどの煩雑かつ高価な工程を必要とせず、たとえば単なる塗布といった簡易な工程を経て安価に第１および第２の電極を形成することができる。また、圧電シートに透明性があれば、圧電スピーカを透明なものとすることができる。また、ポリチオフェン系導電性ポリマーおよびポリアニリン系導電性ポリマーは導電率が比較的高いため、圧電スピーカの消費電力を小さくすることができる。さらに、ポリチオフェン系導電性ポリマーおよびポリアニリン系導電性ポリマーは柔らかいため、圧電シートの変形または振動を実質的に阻害しないようにすることができる。【００３９】
この発明に係るスピーカ装置によれば、絵画等を掲げた額の前面に圧電スピーカが配置されるので、インテリア性能の高いスピーカ装置とすることができる。【００４０】
この発明に係るスピーカ装置において、額が壁掛け可能とされると、たとえば、ディスプレイ部分が壁掛け式とされたテレビジョン受像機のためのスピーカ部分を、この発明に係るスピーカ装置によって構成しながら、これをディスプレイ部分と並べて壁に掛けることができ、統一のとれたデザインを実現することが容易であるとともに、ディスプレイ部分にはスピーカを内蔵する必要がないので、この部分をより薄型化することができる。【００４１】
この発明に係るタクタイルフィードバック装置によれば、この発明に係る圧電スピーカを特定の周波数で振動する振動板として用いることができるため、この圧電スピーカをタッチパネル上にそのまま取り付けるだけで、疑似クリック感となり得る振動を指に伝えることができる。したがって、アクチュエータ等の部品を使用する必要がないため、簡単にタクタイルフィードバック装置を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】この発明の第１の実施形態による圧電スピーカ１１を示す平面図である。
【図２】図１に示した圧電スピーカ１１の一部を拡大して示す断面図である。
【図３】Ｌ型ポリ乳酸からなる圧電シート８における延伸軸方向、電界方向および歪み方向の関係を説明するための図である。
【図４】図３に示した圧電シート８を示す平面図である。
【図５】図４に示した圧電シート８についての電界印加時の変形態様を示す図である。
【図６】図１に示した圧電スピーカ１１に備える一方の圧電シート１２に所定の電位を付与したときに生じる変位を示す図である。
【図７】図１に示した圧電スピーカ１１に備える一方の圧電シート１２に図６の場合とは逆の電位を付与したときに生じる変位を示す図である。
【図８】図１に示した圧電スピーカ１１について、その外周部を完全に固定した状態における変位の様子を示す斜視図である。
【図９】酸化亜鉛系電極層およびポリチオフェン系電極層、ならびにこれらを重ね合わせたものについての光の波長と透過率との関係を示す図である。
【図１０】この発明の第２の実施形態による圧電スピーカ１１ａを示す図８に対応する斜視図である。
【図１１】この発明の第３の実施形態による圧電スピーカ１１ｂを示す図８に対応する平面図である。
【図１２】図１１に示した圧電スピーカ１１ｂが適用される携帯電話機３１を示す斜視図である。
【図１３】図１１に示した圧電スピーカ１１ｂを、電極寸法比ａ／Ａおよびｂ／Ｂの説明のために書き改めた図である。
【図１４】図１１に示した圧電スピーカ１１ｂに基づき求めた、電極寸法比ａ／Ａおよびｂ／Ｂと変位との関係を示す図である。
【図１５】図１３に示した電極寸法比ａ／Ａおよびｂ／Ｂが２０％の場合の圧電スピーカの変位の様子を示す平面図である。
【図１６】図１３に示した電極寸法比ａ／Ａおよびｂ／Ｂが５０％の場合の圧電スピーカの変位の様子を示す平面図である。
【図１７】図１３に示した電極寸法比ａ／Ａおよびｂ／Ｂが８０％の場合の圧電スピーカの変位の様子を示す平面図である。
【図１８】この発明の第４の実施形態による圧電スピーカ１１ｃを示す平面図である。
【図１９】図１８に示した圧電スピーカ１１ｃの変位の様子を示す図８に対応する平面図である。
【図２０】この発明の第５の実施形態による圧電スピーカ１１ｄの変位の様子を示す図８に対応する平面図である。
【図２１】図４に対応する図であって、図４に示した圧電シート８とは異なる方向の延伸軸３９を有する圧電シート３８を示す平面図である。
【図２２】この発明の第６の実施形態による圧電スピーカ１１ｅの変位の様子を示す図８に対応する平面図である。
【図２３】この発明の第７の実施形態による圧電スピーカ１１ｆの変位の様子を示す図８に対応する平面図である。
【図２４】この発明の第８の実施形態による圧電スピーカ１１ｇの変位の様子を示す図８に対応する平面図である。
【図２５】この発明の第９の実施形態による圧電スピーカ１１ｈの変位の様子を示す図８に対応する平面図である。
【図２６】この発明の第１０の実施形態による圧電スピーカ１１ｉの変位の様子を示す図８に対応する平面図である。
【図２７】この発明の第１１の実施形態による圧電スピーカ１１ｊの変位の様子を示す図８に対応する平面図である。
【図２８】この発明の第１２の実施形態による圧電スピーカ１１ｋの変位の様子を示す図８に対応する平面図である。
【図２９】図２７に示した圧電スピーカ１１ｊを、分割線と延伸軸との間の角度αの説明のために書き改めた図である。
【図３０】図２９に示した圧電スピーカ１１ｊについて、角度αと変位との関係を示す図である。
【図３１】図２９に示した角度αが３０度に設定された圧電スピーカの変位の様子を示す図８に対応する平面図である。
【図３２】図２９に示した角度αが４５度に設定された圧電スピーカの変位の様子を示す図８に対応する平面図である。
【図３３】この発明の第１３の実施形態による圧電スピーカ１１ｍを示す平面図である。
【図３４】この発明の第１４の実施形態による圧電スピーカ１１ｎを示す平面図である。
【図３５】図３３に示した圧電スピーカ１１ｍの変位の様子を示す図８に対応する平面図である。
【図３６】図３４に示した圧電スピーカ１１ｎの変位の様子を示す図８に対応する平面図である。
【図３７】この発明の第１５の実施形態による圧電スピーカ１１ｐを示す平面図である。
【図３８】図３７に示した圧電スピーカ１１ｐの変位の様子を示す図８に対応する平面図である。
【図３９】この発明の第１６の実施形態による圧電スピーカ１１ｒを示す平面図である。
【図４０】この発明の第１７の実施形態による圧電スピーカ１１ｓを示す図２に対応する図である。
【図４１】図４０に示した圧電スピーカ１１ｓにおける圧電シート１２側に交流信号を供給するための回路構成を図解的に示す、圧電シート１２の平面図である。
【図４２】図４１の線Ａ‐Ａに沿う断面図であり、圧電スピーカ１１ｓにおける圧電シート１２側に交流信号を供給するための回路構成を図解的に示す図である。
【図４３】図４２に対応する図であり、比較のため、第１の実施形態による圧電スピーカ１１における圧電シート１２側に交流信号を供給するための回路構成を図解的に示す図である。
【図４４】この発明の第１８の実施形態による圧電スピーカ１１ｔを示す図２に対応する図である。
【図４５】この発明の第１９の実施形態による圧電スピーカ１１ｕを示す図２に対応する図である。
【図４６】図４５に示した圧電スピーカ１１ｕに交流信号を供給するための回路構成を図解的に示す図である。
【図４７】この発明の第２０の実施形態による圧電スピーカ１１ｖを示す図４５に対応する図である。
【図４８】図４７に示した圧電スピーカ１１ｖに交流信号を供給するための回路構成を図解的に示す図である。
【図４９】この発明の第２１の実施形態を説明するための図１または図１８に対応する図である。
【図５０】この発明の第２２の実施形態を説明するための図４９に対応する図である。
【図５１】この発明の第２３の実施形態を説明するための図１または図２３に対応する図である。
【図５２】この発明の第２４の実施形態を説明するためのもので、第１および第２の電極９１および９２を重ね合わせた状態で示す平面図である。
【図５３】この発明の第２５の実施形態を説明するためのもので、第１および第２の電極９３および９４を重なり合う状態で示す平面図である。
【図５４】この発明に係る圧電スピーカを用いてスピーカ装置を構成する額５２および５３が壁掛け式テレビジョン受像機５１の両脇に掛けられた状態を示す図である。
【図５５】厚み方向にポーリングを施したＰＶＤＦシートの両面に電極を形成し、このシートを２枚貼り合わせてバイモルフ１００としたときの変位を有限要素法で計算した結果を図解的に示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１１，１１ａ〜１１ｙ  圧電スピーカ
１２，１３，８１  圧電シート
１４，１４ａ  積層体
１５，４１，４２，４５，４６，４７  振動領域
１６〜１９，１６ａ，１８ａ，７１，８５，８６，８６ａ  電極
Ｅ１  第１の電極部分
Ｅ２  第２の電極部分
Ｅ３  第３の電極部分
Ｅ４  第４の電極部分
Ｅ５  第５の電極部分
Ｅ６  第６の電極部分
Ｅ７  第７の電極部分
Ｅ８  第８の電極部分
２０，８２  接着層
２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ  分割線
２３  延伸軸
２５ａ，２５ｂ  電界ベクトル
２６〜３０，２６ａ〜２９ａ  接続線
５１  壁掛け式テレビジョン受像機
６１  交流信号供給源
６２〜６５，６２ａ〜６５ａ  電力供給線
８３，８４  圧電シート層
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
図１は、この発明の第１の実施形態による圧電スピーカ１１を示す平面図である。図２は、図１に示した圧電スピーカ１１の一部を拡大して示す断面図である。【００４５】
圧電スピーカ１１は、高分子からなる２枚の正方形状のシート１２および１３が貼り合わされてなる積層体１４を備えている。この実施形態では、２枚のシート１２および１３が、ともに、所定の延伸軸を有しかつキラル高分子からなる圧電シートである。なお、上記所定の延伸軸を有しかつキラル高分子からなる圧電シートの詳細については後述する。【００４６】
圧電シート１２および１３の各々には、振動させるべき振動領域１５が設けられる。一方の圧電シート１２における振動領域１５の相対向する第１および第２の主面上には、圧電シート１２に電圧を印加するため、互いに同じパターンをもって第１および第２の電極１６および１７が形成され、他方の圧電シート１３における振動領域１５の相対向する第１および第２の主面上には、圧電シート１３に電圧を印加するため、互いに同じパターンをもって第１および第２の電極１８および１９が形成されている。【００４７】
圧電シート１２および１３の各々の第１の電極１６および１８は、２枚の圧電シート１２および１３の間に挟まれるように位置し、他方、第２の電極１７および１９は、２枚の圧電シート１２および１３の各々の外方側に位置されている。一方の第１の電極１６と他方の第１の電極１８とは、接着層２０を介して互いに接合される。接着層２０を形成するため、たとえば透明のエポキシ系接着剤、アクリル系接着剤、酢酸ビニル系接着剤、その他これらに準ずるもの、または紫外線硬化型の透明接着剤が用いられ、ラミネート機を用いて気泡が入らないように加圧されて接着されることが好ましい。【００４８】
なお、圧電スピーカ１１の駆動方法については後述するが、圧電スピーカ１１の駆動時において、一方の第１の電極１６と他方の第１の電極１８とが常に同電位とされる場合には、電極１６と電極１８とは互いに短絡されてもよい。逆に、電極１６と電極１８とが常に同電位とならない場合には、接着層２０によって、電極１６と電極１８とは互いに電気的に絶縁される必要がある。【００４９】
上述した第１および第２の電極１６〜１９の各々は、放射方向に延びる複数の分割線によって分割された第１ないし第４の電極部分を含み、第１ないし第４の電極部分は、振動領域１５の中心部分を除く外周部分に沿って分布している。この状態は、圧電シート１２の第２の主面上に形成された第２の電極１７について、図１に図示されている。図１に示すように、圧電シート１２の第２の主面上に形成された第２の電極１７は、放射方向に延びる複数の分割線２１ａ、２１ｂ、２２ａおよび２２ｂによって分割された第１ないし第４の電極部分Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３およびＥ４を含み、第１ないし第４の電極部分Ｅ１〜Ｅ４は、振動領域１５の中心部分を除く外周部分に沿って分布している。この実施形態では、分割線２１ａと分割線２１ｂとは同一直線上に位置し、分割線２２ａと分割線２２ｂとは同一直線上に位置している。【００５０】
なお、図示しないが、圧電シート１２の第１の主面上に形成された第１の電極１６、ならびに圧電シート１３の第１および第２の主面上にそれぞれ形成された第１および第２の電極１８および１９についても、図１に示した電極１７と同様のパターンを有している。したがって、電極１６、１８および１９の各々の第１ないし第４の電極部分についても、それぞれ、「Ｅ１」、「Ｅ２」、「Ｅ３」および「Ｅ４」の参照符号を用いることがある。【００５１】
図１において、また、延伸軸２３が図示されている。この実施形態では、延伸軸２３は、圧電シート１２および１３の一辺に対して４５度の角度をなしている。また、上記分割線２１ａおよび２１ｂは、延伸軸２３に対して、０度の角度をなし、上記分割線２２ａおよび２２ｂは、延伸軸２３に対して、９０度の角度をなしている。なお、延伸軸２３は、圧電シート１２および１３に付与された延伸の方向に向く軸のことであるが、たとえば２軸延伸の場合のように、複数の方向に延伸された場合には、最大の延伸倍率で延伸された方向に向く軸のことである。【００５２】
この圧電スピーカ１１を駆動するにあたって、圧電シート１２に対しては第１および第２の電極１６および１７間に電圧が印加され、かつ圧電シート１３に対しては第１および第２の電極１８および１９間に電圧が印加されるが、第１ないし第４の電極部分Ｅ１〜Ｅ４によって電圧がそれぞれ印加される圧電シート１２および１３の第１ないし第４のシート部分のうちの隣り合うものの間で、当該圧電シート１２および１３の厚み方向に生じる電界ベクトルが互いに逆向きになるように、第１ないし第４の電極部分Ｅ１〜Ｅ４の各々に電圧が印加される。【００５３】
圧電シート１２および１３は、前述したように、所定の延伸軸２３を有しかつキラル高分子からなるものである。この実施形態では、キラル高分子として、Ｌ型ポリ乳酸（ＰＬＬＡ：Poly-L-Lactic-Acid）が用いられる。ＰＬＬＡのようなキラル高分子からなるシートを延伸することによって、圧電定数ｄ14を持つ圧電シートが得られることが、たとえば特開平５−１５２６３８号公報に記載されている。すなわち、図３に示すように、ＰＬＬＡのようなキラル高分子からなる圧電シート８において、図による上下面それぞれに電極が形成され、「３」軸方向に延伸が施されているとすると、電極面の法線方向である「１」軸方向に電界がかかると、「１」軸の回転方向である「４」軸方向に歪みが生じる。【００５４】
ＰＬＬＡの圧電定数は、高分子の中でも、非常に大きい部類に属する。ＰＬＬＡ結晶の点群はＤ２であるので、ｄ１４、ｄ２５およびｄ３６の成分があるが、延伸された圧電シート８では、ｄ２５＝−ｄ１４、ｄ３６＝０となり、上述したように、電極面の法線方向「１」の回転方向「４」での歪みが生じる、いわゆるずり圧電性を示す。ＰＬＬＡは、延伸のみで圧電性を発現し、他の高分子（たとえば、ポリフッ化ビニリデン：ＰＶＤＦ）や圧電セラミックのようにポーリング処理の必要がない。ＰＶＤＦなどの場合には、経時的に圧電定数が小さくなるという現象が見られるが、ＰＬＬＡの場合には、安定して圧電性を保つことができる。【００５５】
また、ＰＬＬＡの透明度は非常に高く、純粋なＰＬＬＡの光の透過率は９４％にも達する。これは、高分子の中で最高の透過率を有すると言われているポリメタクリル酸メチルの光の透過率である９３％をも凌ぐ値である。【００５６】
さらに、ＰＬＬＡは、たとえばトウモロコシを原料として製造される樹脂であるため、製造時に余分な二酸化炭素をほとんど排出することがなく、生分解性を持ち、廃棄時には自然に戻るというように、環境負荷が非常に少ない材料である。【００５７】
図４は、図３に示した圧電シート８を示す平面図である。圧電シート８は、前述したように、ＰＬＬＡシートから構成される。図示した圧電シート８は、その一辺に対して４５度の方向に延びる延伸軸９を有している。通常、キャスト成型後のＰＬＬＡシートは、２〜６倍に延伸することにより、圧電性を発現させることができる。また、ＰＬＬＡシートに所定のナノサイズの無機物を予め混練しておくことにより、透明性を実質的に損なうことなく、ＰＬＬＡシートの圧電性を高めることができる。【００５８】
ＰＬＬＡからなる圧電シート８の各主面上に電極（図示せず。）を形成し、これに電圧を印加すれば、その圧電定数ｄ１４の効果により、図５に示すような変形が生じる。すなわち、図５において破線で示す元の状態から、実線で示す状態となるように変形する。【００５９】
図５において、印加する電圧により生じる電界ベクトル１０ａおよび１０ｂが示されている。図５（ａ）に示した電界ベクトル１０ａは、紙面手前から奥へ向く電界であり、図５（ｂ）に示した電界ベクトル１０ｂは、紙面奥から手前に向く電界である。電界ベクトル１０ａで示される電圧を印加することにより、圧電シート８は、図５（ａ）に示すような変形を引き起こし、電界ベクトル１０ｂで示すような電圧を印加することにより、圧電シート８は、図５（ｂ）に示すような変形を引き起こす。【００６０】
図５に示すような圧電シート８の変形を、図１および図２に示した圧電スピーカ１１に備える一方の圧電シート、たとえば圧電シート１２に当てはめて、以下に説明する。【００６１】
図１を参照して、まず、第１および第３の電極部分Ｅ１およびＥ３にグランド電位またはマイナス電位（この裏面側の電極部分にはプラス電位）が与えられ、第２および第４の電極部分Ｅ２およびＥ４にプラス電位（この裏面側の電極部分にはグランド電位またはマイナス電位）が与えられるとする。【００６２】
このとき、ｄ14圧電定数の効果により、第１および第３の電極部分Ｅ１およびＥ３によって電圧が印加される圧電シート１２の第１および第３のシート部分は、Ｘ軸方向に沿って伸びる変位、かつＹ軸方向に沿って縮む変位を示す。他方、第２および第４の電極部分Ｅ２およびＥ４によって電圧が印加される圧電シート１２の第２および第４のシート部分は、Ｘ軸方向に沿って縮む変位、かつＹ軸方向に沿って伸びる変位を示す。【００６３】
このような変位を、有限要素法を用いて計算した結果が図６に示されている。この計算では、自由変位を示すためにどの辺も束縛していない。【００６４】
図６において、ベクトルは圧電シート１２の変位方向を示している。図６に示すように、対角線に沿った領域では外側に広がろうとする変位が大きく、外周の４辺は中央部に向いて縮もうとする変位が存在することがわかる。なお、変位は実際のものより誇張して示されている。【００６５】
なお、電極部分Ｅ１〜Ｅ４に所定の電位を与えるための接続電極または接続線が、圧電シート１２および１３上または外部に形成されるが、これらについては図示を省略している。【００６６】
次に、電極部分Ｅ１〜Ｅ４の各々に付与される電位を逆にする。すなわち、第１および第３の電極部分Ｅ１およびＥ３にプラス電位（この裏面側の電極部分にはグランド電位またはマイナス電位）が与えられ、第２および第４の電極部分Ｅ２およびＥ４にグランド電位またはマイナス電位（この裏面側の電極部分にはプラス電位）が与えられるとする。【００６７】
このとき、ｄ14圧電定数の効果により、第１および第３の電極部分Ｅ１およびＥ３によって電圧が印加される圧電シート１２の第１および第３のシート部分は、Ｙ軸方向に沿って伸びる変位、かつＸ軸方向に沿って縮む変位を示す。他方、第２および第４の電極部分Ｅ２およびＥ４によって電圧が印加される圧電シート１２の第２および第４のシート部分は、Ｙ軸方向に沿って縮む変位、かつＸ軸方向に沿って伸びる変位を示す。【００６８】
このような変位を、有限要素法を用いて計算した結果が図７に示されている。図７は、図６に対応する図である。【００６９】
図７に示すように、対角線に沿った領域では内側に縮もうとする変位が大きく、外周の４辺は外側に向いて広がろうとする変位が存在することがわかる。【００７０】
図１および図２に示した圧電スピーカ１１に備える他方の圧電シート１３についても、上記圧電シート１２と同様の変位が生じる。【００７１】
このような変位が生じる２枚の圧電シート１２および１３を積層して、図２に示すようにバイモルフ化することによって、圧電スピーカ１１を構成すれば、４辺が固定されていても、図８に示すように中央部のみが振動し、音波形成に適した振動モードが得られるようになる。図８は、４辺を完全に固定したものを、有限要素法で計算し、変位の様子を示したものである。図８では、色が薄い部分ほど、上に盛り上がっていることを示している。後述する類似の他の図面においても、同様の表現方法が用いられている。なお、変位量は、実際のものに比べて誇張されて表現されている。【００７２】
図２には、圧電スピーカ１１における電極１６〜１９が存在する任意の部分が断面図で示されている。【００７３】
図２を参照して、たとえば、圧電シート１２と圧電シート１３との各々の延伸軸２３（図１参照）すなわち延伸方向ベクトルが互いに同じ方向を向いており、延伸時の表面、裏面の上下関係を逆転させずに重ねた場合、振動動作をさせる際の電極電位の関係は以下のようになる。【００７４】
電極１７の所定の部分がプラス電位のとき、電極１６および１８の対応の部分はグランド電位（またはマイナス電位）、電極１９の対応の部分はプラス電位となる。また、電極１７の所定の部分がグランド電位（またはマイナス電位）のとき、電極１６および１８の対応の部分はプラス電位、電極１９の対応の部分はグランド電位（またはマイナス電位）となる。要するに、圧電シート１２および圧電シート１３に対して、互いに逆向きに電界ベクトルをかければよいということであり、電位のプラスおよびグランド（またはマイナス）は、この規則に従う限り制限されるものではない。【００７５】
次に、圧電シート１２と圧電シート１３との各々の延伸方向ベクトルが互いに９０度の角度をなすようにし、延伸時の表面、裏面の上下関係を逆転させずに重ねた場合は、圧電シート１２および圧電シート１３に対して、電界ベクトルの向きが互いに同一方向になるように電位を与えることにより、圧電シート１２と圧電シート１３とは互いに逆の動きをし、バイモルフ振動となる。【００７６】
次に、圧電シート１２と圧電シート１３との各々の延伸方向ベクトルが互いに同一の方向を向くようにし、延伸時の表面、裏面の上下関係を逆転させて重ねた場合も、圧電シート１２および圧電シート１３に対して、電界ベクトルの向きが互いに同一方向になるように電位を与えることにより、圧電シート１２と圧電シート１３とは互いに逆の動きをし、バイモルフ振動となる。【００７７】
さらに、圧電シート１２と圧電シート１３との各々の延伸方向ベクトルが互いに９０度の角度をなすようにし、延伸時の表面、裏面の上下関係を逆転させて重ねた場合は、圧電シート１２および圧電シート１３に対して、互いに逆向きに電界ベクトルをかけることにより、圧電シート１２と圧電シート１３とは互いに逆の動きをし、バイモルフ振動となる。【００７８】
圧電シート１２および１３を、この実施形態のように、ＰＬＬＡから構成すると、圧電シート１２および１３について、安定した圧電特性を得ることができるとともに、透明性に優れたものとすることができる。しかしながら、このような利点を特に望まないならば、ＰＬＬＡ以外のキラル高分子を圧電シート１２および１３の材料として用いてもよい。たとえば、ポリ−γ−メチル−Ｌ−グルタメートやポリ−γ−ベンジル−Ｌ−グルタメートを、圧電シート１２および１３の材料として用いることができる。【００７９】
なお、キラリティ（鏡像異性）を有するモノマーが高分子になると必ず螺旋構造になるわけではない。鏡像関係にあるものは、生体高分子の場合は、一方をＬ体と呼び、もう一方をＤ体と呼ぶ。Ｌ体が螺旋高分子になる場合は、Ｄ体も螺旋高分子になり、その巻き方向は逆になる。Ｌ体高分子とＤ体高分子とがたとえば５０％ずつ混ざり合った高分子は、互いに打ち消される関係にあるため、旋光性も圧電性も示さない。【００８０】
キラリティを有しないモノマーでも、重合して高分子になったときに螺旋構造を呈するものは、この高分子がキラリティを持つ。グルタミン酸や乳酸は、モノマーに不斉炭素があるため、キラリティがあり、また螺旋高分子（キラル高分子）となる。ポリ乳酸は、合成の過程で、澱粉から微生物の作用でＬ型のポリ乳酸が合成される。したがって、通常扱われるポリ乳酸はＬ型ポリ乳酸（ＰＬＬＡ）である。【００８１】
電極１６〜１９は、好ましくは、酸化インジウム錫、酸化インジウム亜鉛および酸化亜鉛の少なくとも１種を主成分とするものから構成される。このような材料は透明性を有しているため、圧電シート１２および１３に透明性があれば、圧電スピーカ１１に透明性を与えることができる。特に、圧電シート１２および１３がＰＬＬＡから構成されると、圧電スピーカ１１において高い透明度を得ることができる。なお、圧電スピーカ１１が透明性を必要としない用途に向けられる場合には、電極１６〜１９は透明性のない材料から構成されてもよい。【００８２】
電極１６〜１９は、ポリチオフェン系導電性ポリマーまたはアニリン系導電性ポリマーから構成されることも好ましい。これらの導電性ポリマーは柔らかいため、圧電シート１２および１３の変形または振動を実質的に阻害しないようにすることができる。【００８３】
上述した電極１６〜１９の形成にあたっては、有機系材料が用いられる場合には、単なる塗布を適用することができ、酸化亜鉛系材料などが用いられる場合には、スパッタリングを適用することができ、金属が用いられる場合には、蒸着、スパッタリング、めっき、薄膜の接着等を適用することができる。【００８４】
なお、より好ましくは、電極１６〜１９は、積層体１４の積層方向に見て、酸化亜鉛を主成分とする層（以下、「酸化亜鉛系電極層」と言う。）とポリチオフェン系導電性ポリマーからなる層（以下、「ポリチオフェン系電極層」と言う。）とが重なり合う構成を有するようにされる。その理由は、以下のとおりである。【００８５】
酸化亜鉛系電極層は、４００〜８００ｎｍの可視領域の光については８０％以上の透過率を示すものの、４００ｎｍ未満の短波長領域では透過率が下がるため、透明ではあるが、やや黄色味を帯びている。他方、ポリチオフェン系電極層は、透明ではあるが、やや青味を帯びている。このように、酸化亜鉛系電極層とポリチオフェン系電極層とが重なり合った構成を実現すると、各々の電極層を通過した透過光の色調は減法混色に従う。したがって、透過光は、酸化亜鉛系電極層およびポリチオフェン系電極層の各々の透過率の積となるが、このときの可視光領域における分光特性はほぼ平坦になることを発明者らは見出した。これにより、透過光の色付きが抑制されて無色透明化され得る。なお、このことに関し、より具体的には、図９を参照して後述する。【００８６】
したがって、たとえば、第１の電極１６および１８を酸化亜鉛系電極層によって構成し、第２の電極１７および１９をポリチオフェン系電極層によって構成すれば、酸化亜鉛系電極層とポリチオフェン系電極層とが重なり合った構成を実現することができるので、透過光の色付きが抑制されて無色透明化される。【００８７】
上述したように、第１の電極１６および１８を酸化亜鉛系電極層によって構成し、第２の電極１７および１９をポリチオフェン系電極層によって構成すれば、次のような効果も奏される。【００８８】
前述したように圧電シート１２および１３を構成するＰＬＬＡは、ガラス転移点以上の温度になれば、圧電性が失われていくが、温度が下がれば、元の圧電定数を有する状態に戻る。なお、ここで、温度上昇に関しては、実使用温度を想定しており、８５℃以上の温度になることは想定していない。しかしながら、前述したように、温度が下がり、この際に変形（縮み）を伴うと、延伸効果が変化して圧電定数の低下を招く。酸化亜鉛系電極層は、それがたとえ薄膜であっても、ある程度の硬さを有するため、酸化亜鉛系電極層からなる第１の電極１６および１８をＰＬＬＡからなる圧電シート１２および１３上に形成しておくことにより、ＰＬＬＡからなる圧電シート１２および１３の変形（縮み）を抑制することができ、これによって、圧電スピーカ１１の耐熱性を高めることができる。【００８９】
また、酸化亜鉛系電極層からなる第１の電極１６および１８が２枚の圧電シート１２および１３の間に挟まれるように位置され、ポリチオフェン系電極層からなる第２の電極１７および１９が２枚の圧電シート１２および１３の各々の外方側に位置されていると、圧電スピーカ１１の振動領域１５における機械的な伸び縮みが最も小さくなる部分に比較的硬い酸化亜鉛系電極層が位置され、機械的な伸び縮みが最も大きくなる部分に伸び縮みが容易なポリチオフェン系電極層が位置されることになるので、振動領域１５の屈曲振動を阻害する要因を低減することができる。【００９０】
なお、酸化亜鉛系電極層とポリチオフェン系電極層とが重なり合った構成を実現するため、電極１６〜１９の各々を、酸化亜鉛系電極層とポリチオフェン系電極層との２層構造とすることも可能である。この場合、酸化亜鉛系電極層が圧電シート１２および１３の各々により近い側に形成され、ポリチオフェン系電極層が圧電シート１２および１３の各々からより離れた側に形成されていることが好ましい。【００９１】
これによって、圧電シート１２および１３の熱による縮みなどの変形を酸化亜鉛系電極層によって効果的に抑制することができる。また、圧電スピーカ１１の駆動時に伸び縮みが繰り返される酸化亜鉛系電極層においてマイクロクラックが生じたとしても、これをポリチオフェン系電極層が覆っているため、致命的な欠陥である電気的な破断が生じることがない。さらに、酸化亜鉛系電極層は、ポリチオフェン系電極層に比べて数十倍の導電率を示すので、圧電スピーカ１１の低消費電力駆動を可能とすることができる。【００９２】
酸化亜鉛系電極層は、ｃ軸が互いに異なる複数の方向に成長した結晶形態を有し、かつ、Ｇａ、ＡｌおよびＩｎのうち少なくとも１種が、各々の酸化物換算で７〜４０重量％のドーピング濃度でドーピングされた酸化亜鉛からなるものであることが好ましい。酸化亜鉛にIIIＢ族元素であるＧａ、ＡｌおよびＩｎの少なくとも１種を７重量％以上の高濃度でドープし、オフアクシスタイプのマグネトロンスパッタリング法で形成した膜は、従来の柱状成長したｃ軸配向膜と大きく異なる結晶構造となる。高濃度ドープ酸化亜鉛膜は、安定面であるｃ面が様々な方向に成長した特異な結晶形態となり、３次元的な粒界ネットワークを形成することにより、Ｈ２Ｏの粒界拡散が抑制され、Ｈ２ＯとＺｎＯとの反応（酸素欠損の再酸化反応）の活性化エネルギーが上昇し、優れた耐湿性を示す。さらに、常温での成膜が可能であるため、セラミックやガラスに比較して温度に対する耐性が低い高分子シートすなわち圧電シート１２および１３上での成膜を問題なく進めることができる。【００９３】
他方、ポリチオフェン系電極層を構成するポリチオフェン系導電性ポリマーとしては、たとえばポリチオフェンやポリエチレンジオキシチオフェンなどがあるが、これらは水溶液の状態で取り扱うことができ、この水溶液をスピンコート、インクジェット印刷などの方法で薄く塗布し、乾燥させるだけで導電性を示す膜とすることができる。したがって、有機高分子からなる圧電シート１２および１３上への電極形成に適している。【００９４】
図２に示した圧電スピーカ１１の断面構造において、圧電スピーカ１１を構成する各要素の厚みは誇張されて図示されている。実際の厚みは、たとえば、圧電シート１２および１３の各々が０．０５〜０．１ｍｍであり、酸化亜鉛系電極層からなる第１の電極１６および１８の各々が５０〜１００ｎｍであり、ポリチオフェン系電極層からなる第２の電極１７および１９の各々が０．３〜２μｍであり、接着層２０が１〜１０μｍである。もっとも、上記各要素の厚みはこれらの範囲である必要はなく、それぞれの材料の物性値に合わせて適宜設定されることができる。【００９５】
上述したように、電極１６〜１９の各々の厚みは極めて薄いため、ほぼ透明とすることができ、また、接着層２０も透明とすることができ、さらに圧電シート１２および１３となるＰＬＬＡシートも透明度が高いため、圧電スピーカ１１全体としても高い透明性を確保することができる。【００９６】
図９は、酸化亜鉛系電極層およびポリチオフェン系電極層、ならびにこれらを重ね合わせたものについての光の波長と透過率との関係を示す図である。図９において、酸化亜鉛系電極層は「ＺｎＯ」で表示され、ポリチオフェン系電極層は「ポリチオフェン」で表示され、これらを重ね合わせたものは「積層」で表示されている。【００９７】
図９において、酸化亜鉛系電極層およびポリチオフェン系電極層の各々の透過率は、実測の透過率曲線から反射による損失分を除き、最大の透過率が１００％となるように規格化されている。【００９８】
図９に示すように、酸化亜鉛系電極層は、波長が４００ｎｍ以下の領域では吸収が大きい。すなわち、紫外線領域では吸収が大きい。また、４００〜４５０ｎｍの領域では、他の波長帯に比較して、やや吸収が大きい。つまり、紫から青にかけての光が他の色の光に比べて若干吸収を受ける。これに伴い、その補色である黄色が強調されることになり、酸化亜鉛系電極層は、ごくわずかに黄色味がかっているように見える。【００９９】
他方、ポリチオフェン系電極層は、図９からわかるように、波長４３０ｎｍ付近に透過率のピークを用い、波長のより長い領域に向かって、透過率がなだらかに減少するような特性を持つ。したがって、ポリチオフェン系電極層は、ごくわずかに青味がかっているように見える。【０１００】
上述した酸化亜鉛系電極層とポリチオフェン系電極層とを重ね合わせた場合、透過光の色調は、減法混色に従う。したがって、この透過光の透過率は、酸化亜鉛系電極層の透過率とポリチオフェン系電極層の透過率との積となる。図９に示すように、「積層」の透過率曲線は、可視領域（３８０ｎｍ〜７００ｎｍ）の範囲において、ほぼフラットに近い状態になり、色調がなくなる。すなわち無色化できることがわかる。【０１０１】
酸化亜鉛系電極層の着色度合いは、成膜時の条件、ドープする元素の量、膜厚等によって微妙に変化する。これらはすべてコントロール可能であり、所望の着色度合いを実現することができる。同様に、ポリチオフェン系電極層の着色度合いについても、成膜条件や膜厚等により微妙に変化する。これらもすべてコントロール可能であり、所望の着色度合いを実現することができる。したがって、透過光の色付き具合を自由にコントロールすることができる。逆に言えば、互いの条件に合わせて無色となる条件を選定可能であるということである。【０１０２】
以上説明した第１の実施形態の変形例として、図２を参照して説明すると、第１の電極１６および１８のいずれか一方、たとえば電極１８が省略された構造も可能である。この場合、圧電シート１３に対しては、電極１６と電極１９とによって電界ベクトルが形成される。圧電シート１３に印加される電界強度は、圧電シート１２に印加される電界強度と比較すると、接着層２０を挟む分だけ若干弱まることになる。しかしながら、電極１８を形成するための工程を省略することができるため、大幅なコストダウンを図ることができるとともに、電極１８が存在しないため、透明度を高めることができる。【０１０３】
以上、この発明を、第１の実施形態に関連して説明したが、この発明の範囲内において、その他種々の変形例が可能である。以下、この発明の他の実施形態について説明する。【０１０４】
図１０は、この発明の第２の実施形態を説明するための図８に対応する図である。図１０において、図８に示した要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。【０１０５】
図１０に示した圧電スピーカ１１ａは、バイモルフ構造を有しておらず、ユニモルフ構造を有していることを特徴としている。すなわち、図１０では明確に図示されないが、圧電スピーカ１１ａに備える積層体１４ａは、高分子からなる２枚のシートが張り合わされた構造を有しているが、２枚のシートのうち、１枚のシートのみが両主面上に電極が形成された圧電シートである。他方のシートについては、たとえばＰＬＬＡから構成されても電極が形成されない。また、このシートは、圧電性を有する必要がないため、たとえば、透明度の高いポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレートなどのＰＬＬＡ以外の高分子から構成されてもよい。【０１０６】
図１０に示すように、ユニモルフ構造の圧電スピーカ１１ａであっても、図８に示したバイモルフ構造の圧電スピーカ１１に近い形態の変位を生じさせることができる。なお、図８に示したバイモルフ構造の圧電スピーカ１１の場合には、変位が一様に同じ方向に生じているのに対し、図１０に示したユニモルフ構造の圧電スピーカ１１ａでは、中央部の突出部のまわりが若干逆に窪んだ変形となっている。なお、スピーカ性能の点からは図８に示したバイモルフ構造の圧電スピーカ１１の方が優れている。【０１０７】
図１１は、この発明の第３の実施形態を説明するための図８に対応する図である。なお、図８では斜視図が示されているのに対し、図１１では平面図が示されている。図１１において、図８に示す要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。【０１０８】
図８に示した圧電スピーカ１１は、図１によく示されているように、正方形の形状を有していたが、図１１に示す圧電スピーカ１１ｂは、長方形の形状を有している。このように、長方形形状の圧電スピーカ１１ｂであっても、図１１に示すように、実質的に同様の変位を起こすことができる。長方形形状の圧電スピーカ１１ｂは、以下に説明する携帯電話機において有利に用いられる。【０１０９】
図１２に示すように、日本の携帯電話機３１は、ほとんどのものにつき、ディスプレイ面３２が長方形である。この発明に係る圧電スピーカは、透明のものとすることができるので、これをディスプレイ面３２上に直接配置しながら、その下の画像を見えるように目視可能とすることができる。【０１１０】
上記のような場合、圧電スピーカの形状は、ディスプレイ面３２の形状に合わせる必要があるが、圧電スピーカがセラミック圧電体をもって構成される場合には、形状が変わると金型の変更が必要であり、非常にコストがかかる。これに対して、この発明に係る圧電スピーカは、高分子からなるシートをもって構成されているため、カッターなどで簡単に切ることができ、任意の形状とすることが容易である。【０１１１】
次に、図１３を参照しながら、電極の寸法比について検討する。図１１に示した圧電スピーカ１１ｂにあっては、図１３に示した寸法Ａ、ａ、Ｂおよびｂに関して、ａ／Ａおよびｂ／Ｂ［％］がともに５０％とされている。【０１１２】
図１４は、電極寸法比（ａ／Ａ、ｂ／Ｂ）と変位との関係を有限要素法の静解析シミュレーションを用いて計算した結果を示したものである。計算モデルは、縦横比（２×Ｂ：２×Ａ）を７：４とし、実際の携帯電話機のディスプレイ面の縦横比に近いものとした。実際の携帯電話機では、縦６０〜７０ｍｍ程度、横４０〜５０ｍｍ程度となっているものが多いが、シミュレーターの計算速度を高めるために縦３５ｍｍ、横２０ｍｍとして小さいモデルで計算を行なった。電圧は１０Ｖ、圧電シートのｄ14＝２０ｐＣ／Ｎ、同じくｄ25＝−２０ｐＣ／Ｎとし、圧電シートの厚みは２枚とも０．０７５ｍｍとした。電極にはＺｎＯを用い、電極の厚みは０．５μｍとした。また、電極部分と電極部分との間隔は０．３ｍｍとした。【０１１３】
図１４に示した計算結果からすれば、変位は５０％付近を境に急激に上昇することがわかる。計算モデルが小さいため、変位量は小さいが、実際の大きさになれば、数μｍの変位が得られる。また、実際に音を鳴らす場合には共振を用いるため、さらに変位は大きくなり、圧電シートの厚みや電極の構成態様にもよるが、所定の周波数において最大で数十〜数百μｍの変位が得られる。【０１１４】
図１５ないし図１７は、電極寸法比が変わった場合の変位の様子を示した、図１１に対応する図である。図１５は、ａ／Ａ＝２０％、ｂ／Ｂ＝２０％、図１６は、ａ／Ａ＝５０％、ｂ／Ｂ＝５０％、図１７は、ａ／Ａ＝８０％、ｂ／Ｂ＝８０％としたときの変位の様子を表したものである。【０１１５】
図１５ないし図１７間で比較すれば、電極寸法比が小さいうちは、平面的に変位する範囲は大きいが、変位量が小さく、他方、電極寸法比が大きくなれば、変位量は大きくなるが、平面的に変位する範囲が小さくなることがわかる。【０１１６】
音を鳴らす場合、変位する範囲が大きく、また、変位量が大きいほど、大きな音圧が得られる。したがって、図１５ないし図１７に示したもののうち、図１６に示した、ａ／Ａ＝５０％、ｂ／Ｂ＝５０％程度のものが、スピーカにとって適していると考えられ、図１４に示した変位量との関係から見れば、４５〜５５％の範囲がスピーカとしては特に好適である。【０１１７】
図１８は、この発明の第４の実施形態を説明するための図１に対応する図である。図１８において、図１に示す要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。【０１１８】
図１８に示した圧電スピーカ１１ｃは、圧電シート１２上に形成される第２の電極１７について図示されているように、第１および第２の電極１６〜１９の各々は、第１ないし第４の電極部分Ｅ１〜Ｅ４とは分離されながら、振動領域１５の中心部分に分布し、かつ分割線２１ａおよび２１ｂならびに２２ａおよび２２ｂによって分割された第５ないし第８の電極部分Ｅ５〜Ｅ８をさらに備えていることを特徴としている。【０１１９】
図１８において、電界ベクトル２５ａおよび２５ｂが示されている。一方の電界ベクトル２５ａは、紙面手前から奥へ向く電界であり、他方の電界ベクトル２５ｂは、紙面奥から手前に向く電界である。これら電界ベクトル２５ａおよび２５ｂからわかるように、第１ないし第８の電極部分Ｅ１〜Ｅ８によって電圧がそれぞれ印加される圧電シート１２および１３の第１ないし第８のシート部分のうちの隣り合うものの間で、当該圧電シート１２および１３の厚み方向に生じる電界ベクトルが互いに逆向きになるように、第１ないし第８の電極部分Ｅ１〜Ｅ８に電圧が印加される。そして、この実施形態の場合にも、貼り合わされた一方の圧電シート１２と他方の圧電シート１３とが互いに逆の向きをし、バイモルフ振動となるように、電極１６〜１９に電圧が印加される。たとえば、圧電シート１２と圧電シート１３との各々の延伸方向ベクトルが互いに同じ方向を向いており、延伸時の表面、裏面の上下関係を逆転させずに重ねた場合、圧電シート１２および圧電シート１３に対して、互いに逆向きの電界ベクトルがかけられる。【０１２０】
図１９は、図１８に示した圧電スピーカ１１ｃについての図８に対応する図である。図１９では、図１３に示したａ／Ａ＝５０％、ｂ／Ｂ＝５０％としたときの変位の様子が示されている。【０１２１】
図２０は、この発明の第５の実施形態を説明するための図１９に対応する図である。【０１２２】
図１９に示した圧電スピーカ１１ｃは、その外形が長方形であったが、図２０に示した圧電スピーカ１１ｄは、外形が正方形である。圧電スピーカ１１ｄのその他の点については、圧電スピーカ１１ｃと実質的に同様である。【０１２３】
これら図１９および図２０と前述の図８または図１１とを比較すれば、図１９および図２０にそれぞれ示した圧電スピーカ１１ｃおよび１１ｄでは、最大変位領域の面積が広がっていることがわかる。そのため、圧電スピーカ１１ｃおよび１１ｄによれば、より効率的に音を鳴らすことができる。【０１２４】
また、図１９および図２０にそれぞれ示した圧電スピーカ１１ｃおよび１１ｄによれば、圧電シート１２および１３の実質的全域に電極１６〜１９が構成されることができるので、電極形成部と電極非形成部との間での視覚的な差による違和感を緩和することができる。【０１２５】
図２１は、前述の図４に対応する図であって、延伸軸３９の方向が図４に示した圧電シート８の場合とは異ならされた圧電シート３８が示されている。すなわち、圧電シート３８では、延伸軸３９が圧電シート３８の一辺と平行に延びている。このような圧電シート３８を用いた場合の実施形態が、図２２ないし図２４に示されている。図２２ないし図２４において、図８または図２０に示す要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。【０１２６】
図２２に示した第６の実施形態による圧電スピーカ１１ｅでは、第１ないし第４の電極部分Ｅ１〜Ｅ４が、各々Ｌ字型をなしながら、圧電シート１２および１３の各角の部分に位置している。この実施形態の場合も、第１ないし第４の電極部分Ｅ１〜Ｅ４は、互いに交差する分割線２１ａおよび２１ｂならびに２２ａおよび２２ｂによって分割されたものであり、分割線２１ａおよび２１ｂは、延伸軸３９（図２１参照）に対して、０度の角度をなし、分割線２２ａおよび２２ｂは、延伸軸３９に対して、９０度の角度をなしている。【０１２７】
図２３に示した第７の実施形態による圧電スピーカ１１ｆは、上述の圧電スピーカ１１ｅと比較して、第５ないし第８の電極部分Ｅ５〜Ｅ８をさらに含むことを特徴としている。【０１２８】
これら図２２および図２３に示した圧電スピーカ１１ｅおよび１１ｆによれば、前述の図８および図２０に示した圧電スピーカ１１および１１ｄと比較して、ほぼ同等かやや上回る変位量を得ることができる。【０１２９】
図２４に示した第８の実施形態による圧電スピーカ１１ｇは、図２２に示した圧電スピーカ１１ｅと比較して、第２および第４の電極部分Ｅ２およびＥ４が削除されていることを特徴としている。すなわち、振動領域１５の中心部分を除く外周部分において第１ないし第４の部分がこの順序で周方向に並ぶように、外周部分を４分割したとき、第１および第２の電極１６および１７の各々は、第１および第３の部分上にそれぞれ位置される２つの電極部分Ｅ１およびＥ３からなることを特徴としている。【０１３０】
この実施形態では、２つの電極部分Ｅ１およびＥ３によって電圧が印加される圧電シート１２および１３の各々の２つのシート部分には、圧電シート１２および１３の厚み方向に生じる電界ベクトルが互いに同じ向きになるように、２つの電極部分Ｅ１およびＥ３の各々に電圧が印加される。【０１３１】
図２４に示した圧電スピーカ１１ｇによれば、図２２に示した圧電スピーカ１１ｅに比べて、変位量が半分程度になる。【０１３２】
また、図２２ないし図２４に示された圧電スピーカ１１ｅ〜１１ｇによれば、図２１に示すような延伸軸３９の方向を有する圧電シート３８を用いるため、次のような利点もある。【０１３３】
すなわち、前述の図４に示すような延伸軸９の方向を有する圧電シート８を用いる場合には、延伸処理が施された長手のマザーシートから、矩形の圧電シートを切り出そうとする場合、その辺を延伸軸に対して４５度に向けた状態で切り出さなければならず、マザーシートにおいて無駄になる部分が比較的多く発生する。これに対して、マザーシートから、図２１に示すような圧電シート３８を切り出そうとする場合には、矩形の圧電シート３８の一辺を延伸軸と平行に向けるように切り出せばよいので、上述した無駄になる部分を大幅に減らすことができる。【０１３４】
図２５および図２６は、それぞれ、図２２および図２３に示した圧電スピーカ１１ｅおよび１１ｆの変形例となる第９および第１０の実施形態による圧電スピーカ１１ｈおよび１１ｉを示している。【０１３５】
図２５および図２６にそれぞれ示した圧電スピーカ１１ｈおよび１１ｉでは、第１ないし第４の電極部分Ｅ１〜Ｅ４が五角形をなしていることを特徴としている。また、図２５に示した圧電スピーカ１１ｈでは、中央の電極非形成部分が四角形をなしている。なお、この電極非形成部分は、円形に変更されても、あるいは、六角形や八角形といった多角形に変更されてもよい。図２６に示した圧電スピーカ１１ｉでは、第５ないし第８の電極部分Ｅ５〜Ｅ８が三角形をなしている。【０１３６】
図２７および図２８は、図２３に示した圧電スピーカ１１ｆのさらなる変形例としての第１１および第１２の実施形態による圧電スピーカ１１ｊおよび１１ｋを示している。図２７および図２８において、図２３に示す要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。【０１３７】
図２７に示した圧電スピーカ１１ｊは円形であり、図２８に示した圧電スピーカ１１ｋは楕円形である。【０１３８】
これらの実施形態からわかるように、圧電スピーカは、その他、長円形であっても、多角形であってもよい。【０１３９】
次に、図２９を参照して、電極を複数の電極部分に分割する分割線の方向と延伸軸の方向との関係について検討する。図２９は、図２７に示した圧電スピーカ１１ｊを説明用図面に書き改めたものである。図２９において、図２７に示す要素に相当する要素には同様の参照符号を付している。また、図２９には、図１８に示した電界ベクトル２５ａおよび２５ｂにそれぞれ対応する電界ベクトルが図示されている。【０１４０】
電極１６〜１８の各々を第１ないし第８の電極部分Ｅ１〜Ｅ８に分割するための分割線のうち、分割線２１ａおよび２１ｂは、Ｘ軸に沿い、分割線２２ａおよび２２ｂは、Ｙ軸に沿っている。このような場合において、延伸軸２３とＸ軸とがなす角度αと変位量の絶対値との関係が図３０に示されている。なお、変位量は、有限要素法の静解析によって求めたものであり、圧電シート１２および１３の半径を２５ｍｍ、同じく厚みを０．０７５ｍｍ、電極部分Ｅ１〜Ｅ８間の間隔を０．５ｍｍとして計算を行なった。【０１４１】
図３０からわかるように、αが０度のときに変位は最大となり、４５度を特異最小点として再び変位は大きくなり、９０度で０度と同じ値となる。このことから、分割線２１ａおよび２１ｂと分割線２２ａおよび２２ｂとのいずれか一方が延伸軸２３に対して平行に延び(０度の角度をなし)、いずれか他方が直角に延びていれば（９０度の角度をなせば）、最も理想的な変位が得られることがわかる。【０１４２】
図３１は、αが３０度のときの変位の様子を示したものであるが、変位モード自体は理想モードをほぼ保っている。このような理想モードに近い変位モードは、およそ、０度≦α＜４０度、５０度＜α≦９０度の範囲において維持され、αが４５度に近づくに従って、モードが徐々に崩れ始める。αが４５度では、図３２に示すような変位モードとなり、凸部分と凹部分とが混在するために音波の形成には不適切となる。また、変位量も小さいため、音波はほとんど形成できない。【０１４３】
図３０からすれば、理想状態（０度、９０度）からいくぶんずれた範囲でも音波が形成できることを示唆している。０度〜１０度の範囲、８０度〜９０度の範囲であれば、理想状態にごく近い状態が得られると考えられる。【０１４４】
なお、圧電スピーカに備える圧電シートの形状が円形以外のたとえば長方形などに変更された場合にも、上記αの好ましい範囲はほぼ維持されるが、形状の変更に応じて、できるだけ大きな変位が得られるように上記αを適宜調整するのもよい。【０１４５】
図３３および図３４は、それぞれ、この発明の第１３および第１４の実施形態を説明するための図１または図１８に対応する図である。図３３および図３４において、図１または図１８に示す要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。【０１４６】
図３３および図３４にそれぞれ示した圧電スピーカ１１ｍおよび１１ｎは、共通する圧電シート１２および１３において２箇所に分布するように２個の振動領域４１および４２が設けられていることを特徴としている。これらの実施形態では、振動領域４１および４２は、並列に並べられている。【０１４７】
図３３に示した圧電スピーカ１１ｍでは、２個の振動領域４１および４２の各々は、図１に示した圧電スピーカ１１が有する構成を備えている。他方、図３４に示した圧電スピーカ１１ｎでは、２個の振動領域４１および４２の各々は、図２０に示した圧電スピーカ１１ｄと同じ形状および構成を有しており、また、図１８に示した圧電スピーカ１１ｃと形状は異なるが、同様の構成を備えている。【０１４８】
これらの圧電スピーカ１１ｍおよび１１ｎは、各々の外周に当たる４辺のみで固定されるものであり、たとえば振動領域４１と振動領域４２との境目は機械的には固定されない。なお、この境目にリブなどを設けて機械的に固定してもよい。【０１４９】
図３３および図３４に示した圧電スピーカ１１ｍおよび１１ｎの変位の様子が、それぞれ、図３５および図３６に示されている。図３５および図３６から、圧電スピーカ１１ｍおよび１１ｎのいずれであっても、２個の振動領域４１および４２の各々においてほぼ独立した変位が生じていることがわかる。したがって、振動領域４１および４２の各々に別の信号を入力すれば、各信号の振動が振動領域４１および４２の各々において、互いに独立して生じることになる。【０１５０】
このようなことから、これら圧電スピーカ１１ｍおよび１１ｎは、ステレオスピーカとして機能させることができる。圧電スピーカ１１ｍおよび１１ｎを透明に構成して、携帯電話機等のディスプレイ面上に配置した場合、中央部に機械的固定領域を設けることなく、ステレオ再生が可能となる。すなわち、機械的固定領域による視覚的な違和感を生じさせることなく、ステレオスピーカを設けることができる。【０１５１】
上述した圧電スピーカ１１ｍおよび１１ｎは２個の振動領域４１および４２を有するものであったが、このような振動領域を直線的に多数個形成すれば、スピーカアレイを構成することができる。このようなスピーカアレイによれば、各々の振動領域から再生される振動の位相を所定の量に調整することにより、所定の方向に指向性を持つスピーカとすることができる。【０１５２】
図３７はこの発明の第１５の実施形態を説明するための図１に対応する図である。図３７において、図１に示す要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。【０１５３】
一般に、スピーカの周波数特性はスピーカの寸法に大きく依存する。スピーカが大きいと、共振点が低音域に存在し、小さくなれば、共振点が徐々に中音域から高音域に上がる。たとえば、図１に示した圧電スピーカ１１の場合、一辺が５０ｍｍの正方形では、最低時の基本共振モードは、有限要素法の共振解析シミュレーションによれば、約２１９Ｈｚになり、一辺が２５ｍｍの正方形では、最低時の基本共振モードは、約６４０Ｈｚにある。このシミュレーションにおいては空気は考慮していないが、実際には、空気や電極の厚み、さらには電極の種類等の影響により、共振周波数は、上記周波数の２〜４倍程度の大きさになることがわかっている。【０１５４】
図３７に示した圧電スピーカ１１ｐでは、共通する圧電シート１２および１３において３個の振動領域４５〜４７が設けられ、これらのうち、振動領域４５の寸法が最も大きく、振動領域４６および４７の各寸法は、振動領域４５の寸法より小さく、かつ互いに同じとされる。これによって、たとえば、振動領域４５をスコーカ部（中音部）あるいはウーファー部（低音部）として機能させ、振動領域４６および４７をツウィータ部（高音部）あるいはスコーカ部（中音部）として機能させることができ、圧電スピーカ１１ｐを２ウェイ方式のスピーカとすることができる。【０１５５】
図３８は、図３７に示した圧電スピーカ１１ｐの変位の様子を示したものである。図３８から、３個の振動領域４５〜４７の各々において、実質的に互いに独立した振動が生じていることがわかる。【０１５６】
なお、再生したい音域により、スピーカの寸法、電極の種類、電極の厚みなどを調整することにより、任意の周波数特性を持つスピーカを構成することができる。したがって、必要に応じて、振動領域４５〜４７の各々において、上述のような調整を行なうようにしてもよい。【０１５７】
図３９は、この発明の第１６の実施形態を説明するための図３７に対応する図である。図３９において、図３７に示す要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。【０１５８】
図３９に示す圧電スピーカ１１ｒは、３ウェイ方式のスピーカを構成するもので、振動領域４５、振動領域４６、振動領域４７の順で寸法が小さくなるようにされている。そのため、たとえば、振動領域４５によってウーファー部（低音部）、振動領域４６によってスコーカ部（中音部）、振動領域４７によってツウィータ部（高音部）がそれぞれ与えられる。【０１５９】
なお、図３３ないし図３９を参照して説明した圧電スピーカ１１ｍ、１１ｎ、１１ｐおよび１１ｒについて、振動領域４１および４２または４５〜４７の各々は、必ずしも正方形である必要はなく、また、電極部分Ｅ１〜Ｅ４ごとに、図１３に示したａ／Ａおよび／またはｂ／Ｂの比率を変えてもよい。また、振動領域４１および４２ならびに４５〜４７の各々において、たとえば図１８に示した圧電スピーカ１１ｃのように、第１ないし第８の電極部分Ｅ１〜Ｅ８を備えるものが構成されてもよい。【０１６０】
図４０は、この発明の第１７の実施形態による圧電スピーカ１１ｓを示す図２に対応する図である。図４０において、図２に示す要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。【０１６１】
前述のたとえば図２に示す第１の実施形態による圧電スピーカ１１では、一方の圧電シート１２上の第１および第２の電極１６および１７が互いに同じパターンをもって形成され、同様に、他方の圧電シート１３上の第１および第２の電極１８および１９も互いに同じパターンをもって形成されている。また、これら電極１６〜１９の各々は、放射方向に延びる複数の分割線２１ａ、２１ｂ、２２ａおよび２２ｂによって分割された第１ないし第４の電極部分Ｅ１〜Ｅ４からなる分割電極である。【０１６２】
これに対して、第１７の実施形態による圧電スピーカ１１ｓでは、第２の電極１７および１９のみが、上述したような第１ないし第４の電極部分Ｅ１〜Ｅ４からなる分割電極であり、第１の電極１６ａおよび１８ａについては、上記分割電極を形成する複数の電極部分Ｅ１〜Ｅ４に共通に対向する一様な共通電極であることを特徴としている。【０１６３】
このような圧電スピーカ１１ｓを構成するバイモルフ構造を振動させるにあたって、圧電シート１２に対しては第１および第２の電極１６ａおよび１７間に電圧が印加され、かつ圧電シート１３に対しては第１および第２の電極１８ａおよび１９間に電圧が印加されるが、そのための交流信号は、分割電極である第２の電極１７および１９にのみ供給され、共通電極である第１の電極１６ａおよび１８ａには供給される必要はない。なお、共通電極となる第１の電極１６ａおよび１８ａはグランド電位とされることが好ましい。このような構成とすることにより、信号供給線に接続すべき導体パターン（図示せず）を簡素化することができる。以下に、図４１ないし図４３を参照して、より詳細に説明する。【０１６４】
図４１および図４２は、圧電スピーカ１１ｓにおける圧電シート１２側に交流信号を供給するための回路構成を図解的に示す図である。ここで、図４１には、圧電シート１２が平面図で示され、図４２には、圧電シート１２が図４１の線Ａ‐Ａに沿う断面図で示されている。また、図４３は、図４２に対応する図であり、比較のため、第１の実施形態による圧電スピーカ１１における圧電シート１２側に交流信号を供給するための回路構成を図解的に示す図である。【０１６５】
図４１ないし図４３において、「＋」および「−」はある瞬間の供給信号の極性を示している。また、図４２および図４３において、矢印は、電界ベクトルを示している。【０１６６】
まず、図４３に示すように、第１の実施形態による圧電スピーカ１１における圧電シート１２の場合には、第１および第２の電極１６および１７がともに分割電極とされているので、交流信号供給源６１からこれら電極１６および１７に対する電力の供給線は比較的複雑となる。【０１６７】
これに対して、第１７の実施形態による圧電スピーカ１１ｓに備える圧電シート１２の場合には、第２の電極１７のみが分割電極とされ、第１の電極１６ａが共通電極とされているので、図４２に示すように、交流信号供給源６１から第１の電極１６ａへは電力を供給する必要はなく、電力の供給線は、図４３に示したものに比べて簡素化される。第１の電極１６ａをグランド電位とするか否かは任意であるが、ノイズ等の影響を考慮すれば、図４２に示すように、グランドに接続されることが好ましい。【０１６８】
図４２と図４３とを比較すればわかるように、圧電シート１２の内部に生じる電界ベクトルの向きは互いに同じである。ただし、電界の大きさは、図４２の場合は、図４３の場合の半分となるため、同様の変位量を得るためには供給電圧を２倍にする必要がある。【０１６９】
瞬間的な電位が図４２に示すようになったとき、共通電極である第１の電極１６ａ内の電荷は、対向する分割電極としての第２の電極１７の電位に応じて移動する。すなわち、プラス電位の電極に対向する部分にマイナス電荷が移動し、マイナス電位に対向する部分にはプラス電荷が残り、これらのことから、電界が形成される。この現象は、コンデンサの直列接続の場合に生じる現象と同様である。【０１７０】
上記の説明は、圧電スピーカ１１ｓにおける圧電シート１２側について行なったが、圧電シート１３側についても同様のことが言える。【０１７１】
なお、圧電スピーカ１１ｓにおいて、一方の第１の電極１６ａと他方の第１の電極１８ａとは、接着層２０によって互いに絶縁されても、あるいは互いに短絡されてもよい。【０１７２】
また、上述の第１７の実施形態では、圧電スピーカ１１ｓにおいて、第１の電極１６ａおよび１８ａを共通電極とし、第２の電極１７および１９を分割電極としたが、いずれを共通電極にし、いずれを分割電極とするかについては、所望する設計に応じて適宜決定すればよい。【０１７３】
また、共通電極としての第１の電極１６ａおよび１８ａは、それぞれ、分割電極としての第２の電極１７および１９の全域にわたって不足なく対向することが好ましいが、電極形成の制約のため、一部が欠損することもあり得る。所望する動作が達成され得る範囲で適宜変更が可能である。【０１７４】
また、図４２に示した第１の電極１６ａの形成状態からわかるように、この実施形態では、共通電極としての第１の電極１６ａは、圧電シート１２の主面の全域にわたって形成されていないが、このような共通電極は圧電シートの主面の全域にわたって形成されてもよい。【０１７５】
また、図４２に示した回路構成から類推され得るように、図４３に示した構成のように、第１および第２の電極１６および１７の双方が分割電極である場合であっても、圧電スピーカを駆動するにあたって、たとえば第１の電極１６を構成する複数の電極部分のすべてが同電位となるように外部接続し、これをたとえばグランド電位となるようにしてもよい。【０１７６】
また、第１７の実施形態では、分割電極である第２の電極１７が、図４１に示すように、第１ないし第４の電極部分Ｅ１〜Ｅ４を備えるものであったが、たとえば図１８に示した圧電スピーカ１１ｃのように、第２の電極１７が第１ないし第８の電極部分Ｅ１〜Ｅ８を備えるものに対しても、共通電極を備える構成を適用することができる。【０１７７】
さらに、図２４に示した圧電スピーカ１１ｇのように、振動領域１５の中心部分を除く外周部分において第１ないし第４の部分がこの順序で周方向に並ぶように、外周部分を４分割したとき、第２の電極１７が、上記第１および第３の部分上にそれぞれ位置される２つの電極部分Ｅ１およびＥ３からなる分割電極である場合において、この第２の電極１７に対向する第１の電極１６を共通電極とする実施形態も可能である。【０１７８】
上述の第１７の実施形態の変形例として、図４０を参照して説明すると、第１の電極１６ａおよび１８ａのいずれか一方、たとえば電極１８ａが省略された構造も可能である。この場合、圧電シート１３に対しては、電極１６ａと電極１９とによって電界ベクトルが形成される。圧電シート１３に印加される電界強度は、圧電シート１２に印加される電界強度と比較すると、接着層２０を挟む分だけ若干弱まる。しかしながら、電極１８ａの形成に必要な工程を省略することができるため、大幅なコストダウンを図ることができ、また、電極１８ａが存在しないため、透明度を高めることができる。【０１７９】
図４４は、この発明の第１８の実施形態による圧電スピーカ１１ｔを示す図２に対応する図である。図４４において、図２に示した要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。【０１８０】
図４４に示した圧電スピーカ１１ｔは、構造的に見たとき、図２に示した圧電スピーカ１１と比較して、電極１６および１８がない点で異なっている。また、図２における接着層２０に対応する要素は、導電性接着剤からなり、図２における第１の電極１６および１８を兼ねる第１の電極７１を構成する。第２の電極１７および１９は、図１に示した第２の電極１７の場合と同様、第１ないし第４の電極部分Ｅ１〜Ｅ４からなる分割電極とされるが、第１の電極７１は共通電極とされる。圧電シート１２および１３に所望の電界ベクトルを与えるための交流信号を供給するための回路構成としては、前述の図４２に示したものと実質的に同様の回路構成を適用することができる。【０１８１】
上記第１８の実施形態によれば、図２に示した電極１６および１８を形成するための工程を省略することができるため、大幅なコストダウンを図ることができる。また、図２に示した電極１６および１８が存在しないため、光線透過率を上昇させることができ、透明度を高めることができる。また、バイモルフ構造を簡素化することができるとともに、たとえば接着層の剥離や電極の剥離等のリスクを低減することができる。【０１８２】
なお、上述の第１８の実施形態において、分割電極である第２の電極１７および１９は、図１に示した第２の電極１７の場合と同様、第１ないし第４の電極部分Ｅ１〜Ｅ４からなるものであるが、これに代えて、たとえば図１８に示した第２の電極１７の場合のように、第１ないし第８の電極部分Ｅ１〜Ｅ８からなるものであってもよい。【０１８３】
図４５は、この発明の第１９の実施形態による圧電スピーカ１１ｕを示す図２に対応する図である。図４５に示した圧電スピーカ１１ｕは、図２に示した圧電スピーカ１１と比較して、構造的には、第１の電極１６および１８が存在していない点でのみ異なっているように見えるが、バイモルフ化するための構成が基本的に異なっている。【０１８４】
図４５に示した圧電スピーカでは、圧電シート８１は、互いに接着層８２を介して接着された第１および第２の圧電シート層８３および８４からなる積層構造を有している。ここで、第１の圧電シート層８３の延伸軸と第２の圧電シート８４の延伸軸とは互いに異なる方向に向けられる。この延伸軸の方向に関して、第１の圧電シート層８３の延伸軸と第２の圧電シート層８４の延伸軸とは互いに９０度の角度をもって交わるようにされることが好ましい。これによって、圧電シート８１において最大の変位が得られるためである。また、延伸された高分子シートは延伸軸に沿って裂けやすいという性質を有しているが、第１および第２の圧電シート層８３および８４の各々の延伸軸がたとえば９０度の角度をもって交わるように接着されると、上述の裂けやすさが回避され、高い強度を得ることができる。【０１８５】
この実施形態では、第１および第２の電極８５および８６は、積層構造の圧電シート８１の相対向する第１および第２の主面上にそれぞれ形成される。特に、この実施形態では、第１および第２の電極８５および８６は、たとえば図１に示した第２の電極１７の場合と同様、第１ないし第４の電極部分Ｅ１〜Ｅ４からなる分割電極とされる。【０１８６】
図４６には、上述の圧電スピーカ１１ｕに交流信号を供給するための回路構成が図解的に示されている。図４６には、前述の図４３の場合と同様、交流信号供給源６１からのある瞬間の供給電力の極性を示すとともに、圧電シート８１の内部に生じる電界ベクトルを矢印で示している。【０１８７】
図４７および図４８は、この発明の第２０の実施形態による圧電スピーカ１１ｖを説明するための図４５および図４６にそれぞれ対応する図である。図４７および図４８において、図４５および図４６に示す要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。【０１８８】
第２０の実施形態では、第１９の実施形態と比較して、第１の電極８５のみが分割電極とされ、第２の電極８６ａが共通電極とされることを特徴としている。そのため、前述の第１７の実施形態の場合と同様、交流信号供給源６１から圧電スピーカ１１ｖに交流信号を供給するための回路構成を簡素化することができる。【０１８９】
上述の第１９および第２０の実施形態によれば、第１８の実施形態の場合と同様、電極形成に必要な工程数を削減することができるため、大幅なコストダウンを図ることができる。また、圧電スピーカ１１ｕまたは１１ｖの中間層に電極が形成されないため、光線透過率を上昇させ、透明度を高めることができる。さらに、バイモルフ構造を単純化することができるとともに、バイモルフ構造における剥離等のリスクを低減することができる。【０１９０】
図４９は、この発明の第２１の実施形態を説明するための図１または図１８に対応する図である。図４９において、図１または図８に示す要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。【０１９１】
図４９に示した圧電スピーカ１１ｗは、圧電シート１２上に形成される第２の電極１７について図示されているように、第１および第２の電極１６〜１９の各々は、図１８に示した圧電スピーカ１１ｃの場合と同様、第１ないし第８の電極部分Ｅ１〜Ｅ８を備えている。より特定的には、第１の電極部分Ｅ１と第５の電極部分Ｅ５とが放射方向に並ぶように配置され、第２の電極部分Ｅ２と第６の電極部分Ｅ６とが放射方向に並ぶように配置され、第３の電極部分Ｅ３と第７の電極部分Ｅ７とが放射方向に並ぶように配置され、第４の電極部分Ｅ４と第８の電極部分Ｅ８とが放射方向に並ぶように配置されている。【０１９２】
このような圧電スピーカ１１ｗが駆動される場合、図１８に示した電界ベクトル２５ａおよび２５ｂと同様の電界ベクトルが得られるように第１ないし第８の電極部分Ｅ１〜Ｅ８に電圧が印加される。この実施形態では、圧電スピーカ１１ｗの駆動時において、第１ないし第８の電極部分Ｅ１〜Ｅ８のうち同電位となるものを互いに接続線で接続し、これら接続線が圧電シート１２および１３の各々上に形成されていることを特徴としている。【０１９３】
より具体的には、第１の電極部分Ｅ１と第８の電極部分Ｅ８とを接続する第１の接続線２６と、第２の電極部分Ｅ２と第５の電極部分Ｅ５とを接続する第２の接続線２７と、第３の電極部分Ｅ３と第６の電極部分Ｅ６とを接続する第３の接続線２８と、第４の電極部分Ｅ４と第７の電極部分Ｅ７とを接続する第４の接続線２９とが、圧電シート１２および１３の各々上に形成されている。【０１９４】
図４９において、電極部分Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３およびＥ４にそれぞれ接続される電力供給線６２、６３、６４および６５が図示されている。圧電スピーカ１１ｗを駆動するための信号が供給される場合、電力供給線６２および６４にそれぞれ与えられる信号は互いに同じであり、電力供給線６３および６５にそれぞれ与えられる信号は互いに同じである。また、電力供給線６２および６４に与えられる信号と電力供給線６３および６５に与えられる信号とは互いに振幅が逆である平衡信号であることが望ましい。これによって、ある瞬間では、電極部分Ｅ１、Ｅ３、Ｅ６およびＥ８が互いに同電位となり、残りの電極部分Ｅ２、Ｅ４、Ｅ５およびＥ７についても互いに同電位となり、そして、電極部分Ｅ１、Ｅ３、Ｅ６およびＥ８と電極部分Ｅ２、Ｅ４、Ｅ５およびＥ７とは互いに異なる電位となる。【０１９５】
図５０は、この発明の第２２の実施形態を説明するための図４９に対応する図である。【０１９６】
図５０において、図４９に示した要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。【０１９７】
図５０に示した圧電スピーカ１１ｘは、図４９に示した圧電スピーカ１１ｗと比較して、電極部分Ｅ６と電極部分Ｅ８とを接続する第５の接続線３０をさらに備えることを特徴としている。この実施形態によれば、図４９に示した電力供給線６４がなくても、第３および第６の電極部分Ｅ３およびＥ６が、第５の接続線３０を介して第１および第８の電極部分Ｅ１およびＥ８と同電位とすることができる。よって、電力供給線６４の省略が可能となり、その結果、外部との電気的接続構造を簡素化することができる。なお、図４９に示した電力供給線６４に代えて、電力供給線６２が省略されてもよい。【０１９８】
図５１は、この発明の第２３の実施形態を説明するための図１または図２３に対応する図である。図５１において、図１または図２３に示した要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。【０１９９】
図５１に示した圧電スピーカ１１ｙは、圧電シート１２上に形成される第２の電極１７について図示されているように、第１および第２の電極１６〜１９の各々は、第１ないし第８の電極部分Ｅ１〜Ｅ８を備えている。第１ないし第８の電極部分Ｅ１〜Ｅ８の配置および形状は、図２３に示した圧電スピーカ１１ｆの場合と実質的に同様である。【０２００】
また、図４９および図５０にそれぞれ示した圧電スピーカ１１ｗおよび１１ｘの場合と同様、第１の電極部分Ｅ１と第５の電極部分Ｅ５、第２の電極部分Ｅ２と第６の電極部分Ｅ６、第３の電極部分Ｅ３と第７の電極部分Ｅ７、ならびに第４の電極部分Ｅ４と第８の電極部分Ｅ８が、それぞれ、放射方向に並ぶように配置される。そして、第１の電極部分Ｅ１と第６の電極部分Ｅ６とが第１の接続線２６ａによって接続され、第２の電極部分Ｅ２と第７の電極部分Ｅ７とが第２の接続線２７ａによって接続され、第３の電極部分Ｅ３と第８の電極部分Ｅ８とが第３の接続線２８ａによって接続され、第４の電極部分Ｅ４と第５の電極部分Ｅ５とが第４の接続線２９ａによって接続されている。【０２０１】
この圧電スピーカ１１ｙを駆動するにあたっては、電極部分Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３およびＥ４に、それぞれ、電力供給線６２ａ、６３ａ、６４ａおよび６５ａが接続される。これら電力供給線６２ａ〜６５ａを通して与えられる信号については、前述した図４９に示す圧電スピーカ１１ｗの場合と同様である。【０２０２】
図４９ないし図５１にそれぞれ示した圧電スピーカ１１ｗ、１１ｘおよび１１ｙによれば、圧電シート１２および１３の各々上に接続線２６〜２９または２６ａ〜２９ａが形成され、圧電スピーカ１１ｘの場合には、接続線３０がさらに形成されるので、特に第５ないし第８の電極部分Ｅ５〜Ｅ８への電力供給のための配線を簡素化することができる。【０２０３】
この発明に係る圧電スピーカは、複数の電極部分からなる分割電極を備えるものであるが、電極部分間の電極非形成領域では、電極部分に比較して曲がりやすい。すなわち、圧電スピーカを振動させた場合には、電極非形成領域に応力が集中しがちである。そのため、長期間振動が加えられると、圧電シートにおける各電極部分間に位置する電極非形成領域にひび割れが生じるおそれがある。特に、圧電シートの厚み方向に透視したとき、ある電極についての各電極部分間に位置する電極非形成領域と他の電極についての各電極部分間に位置する電極非形成領域とが互いに重なっているとき、上述のようなひび割れが生じやすい。【０２０４】
この問題を解決するためには、互いに異なる電極の各々についての電極非形成領域が、圧電シートの厚み方向に透視したとき、互いに実質的に重ならないようにすることが有効である。このような構成が採用された実施形態について、図５２および図５３をそれぞれ参照して具体的に説明する。【０２０５】
図５２および図５３は、それぞれ、この発明の第２４および第２５の実施形態を説明するためのもので、圧電シート上に形成される電極を平面図で示している。【０２０６】
図５２には、図４９に示した圧電スピーカ１１ｗに備える電極１７と同じパターンを有する電極９１および９２が示されている。図５３には、図５１に示した圧電スピーカ１１ｙに備える電極１７と同じパターンを有する電極９３および９４が示されている。【０２０７】
なお、図５２および図５３において、実線で示した第１の電極９１および９３と点線で示した第２の電極９２および９４とは、１枚の圧電シートの表裏にそれぞれ形成されるものである場合と、異なる圧電シート上にそれぞれ形成されるものである場合とがあり、いずれの場合にも、圧電シートの厚み方向に透視したとき、重なり合う位置関係を有している。【０２０８】
まず、図５２を参照して、第１の電極９１を分割した各電極部分間には電極非形成領域９５が位置している。他方、第２の電極９２を分割した各電極部分間には電極非形成領域９６が位置している。第１の電極９１と第２の電極９２とは、圧電シートの厚み方向に透視したとき、わずかにずらされており、その結果、第１の電極９１についての電極非形成領域９５と第２の電極９２についての電極非形成領域９６とは、ごく一部を除いて、互いに重ならない状態となっている。そのため、圧電シートにおける電極非形成領域９５および９６での応力集中が緩和され、圧電シートのひび割れを生じにくくすることができる。【０２０９】
また、電極９１および９２は、図４９によく示されているように、比較的細幅の接続線２６〜２９を有しており、これら接続線２６〜２９についても、応力集中が生じやすいが、上述のように、電極非形成領域９５および９６を互いに実質的に重ならないようにすることにより、これら接続線２６〜２９での破断も生じにくくすることができる。【０２１０】
次に、図５３を参照して、第１の電極９３を分割した各電極部分間には電極非形成領域９７が位置している。他方、第２の電極９４を分割した各電極部分間には電極非形成領域９８が位置している。第１の電極９３と第２の電極９４とは、圧電シートの厚み方向に透視したとき、わずかにずらされており、その結果、第１の電極９３についての電極非形成領域９７と第２の電極９４についての電極非形成領域９８とは、ごく一部を除いて、互いに重ならない状態となっている。そのため、圧電シートにおける電極非形成領域９７および９８での応力集中が緩和され、圧電シートのひび割れを生じにくくすることができる。【０２１１】
また、この実施形態の場合も、図５１によく示されている比較的細幅の接続線２６ａ〜２９ａでの破断も生じにくくすることができる。【０２１２】
なお、図５２と図５３とを比較すればわかるように、図５３に示した第２５の実施形態の方が、図５２に示した第２４の実施形態に比べて、第１の電極９３と第２の電極９４とのずれの状態がより均等であり、かつ電極非形成領域９７および９８を互いに重ならないようにするためのずれ量をより小さくすることができる。【０２１３】
上述した第２４および第２５の実施形態によれば、圧電シートのひび割れや接続線の破断を生じにくくすることができるという効果に加えて、比較的透明度の高い電極非形成領域９５〜９８が圧電シートの厚み方向にできるだけ重ならないようにすることができるため、電極非形成領域９５〜９８の重なりによる視覚的な違和感を減じることができる。【０２１４】
なお、第２４および第２５の実施形態のように、第１の電極９１または９３と第２の電極９２または９４とがわずかにずらされても、圧電スピーカにおける変位の態様は、ずらされない場合と実質的に同様の変位の態様を達成することができる。【０２１５】
上述のような電極非形成領域が互いに実質的に重ならないようにする構成は、図示したような第２１および第２３の実施形態の場合に限らず、たとえば第１の実施形態をはじめとする他の実施形態においても適用することができる。【０２１６】
また、第１および第２の電極について、電極非形成領域を互いに実質的に重ならないようにする構成を採用する際、これら第１および第２の電極は互いに同じパターンでなくてもよい。【０２１７】
次に、この発明に係る圧電スピーカの用途について説明する。【０２１８】
この発明に係る圧電スピーカは、前述したように、透明に構成することができ、また、エキサイターなどの部品を必要としないため、全面を透明化することも可能である。そのため、たとえば、図１２に示した携帯電話機３１のディスプレイ面３２のほか、携帯ゲーム機のディスプレイ面上に、直接、スピーカを配置しながら、その下の画像を明瞭に目視可能とすることができる。【０２１９】
同様に、この発明に係る圧電スピーカを、電子辞書、電子手帳、パーソナルコンピュータ、テレビジョン受像機等において、液晶パネルディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、無機ＥＬディスプレイなどのディスプレイ面上にも直接配置することができる。このように、この発明に係る圧電スピーカをディスプレイ面上に形成することにより、従来必要であったダイナミック型スピーカを必要としないテレビジョン受像機やＰＣディスプレイを構成することができる。【０２２０】
スピーカを高音質にするには、これを大型化する必要があるが、現状の圧電スピーカでは、機器のスペースの制約上、これには限界がある。前述したように、この発明によれば、スピーカを透明化することができ、これをディスプレイ面上に直接配置することができる。そのため、スピーカの面積を大きくして、音質を向上させることができる。また、従来の内蔵スピーカをなくすことができ、その結果、機器の小型化を図ることができ、あるいは、内蔵スピーカを取り除いた部分に新たな機能部品を内蔵することができ、機器の高機能化を図ることができる。【０２２１】
また、圧電シートは高分子からなるものであるので、通常の衝撃では割れることがないという特徴にも注目すべきである。したがって、特に携帯ゲーム機や携帯電話機のような携帯用機器において有利に適用される。【０２２２】
また、近年、フラットパネルディスプレイを用いたテレビジョン受像機はさらなる薄型化と大型化が進み、有機ＥＬを用いたフレキシビリティのあるポータブルのシート型テレビジョン受像機や、壁掛け式テレビジョン受像機が実用化されつつある。この発明に係る圧電スピーカはフレキシビリティを有しており、ポータブルのシート型テレビジョン受像機に非常に有用である。スピーカの振幅自体は数μｍ〜数百μｍ程度であるため、通常では視認されにくく、ディスプレイの表面に形成されていても違和感がない。【０２２３】
なお、壁掛け式テレビジョン受像機に関しては、テレビジョン受像機の高画質仕様を低下させないことが重要であり、そのため、ディスプレイの表面に圧電スピーカを配置することによる画質低下が懸念される。この問題を解決するため、図５４に示すような構成が有利に採用される。【０２２４】
図５４を参照して、壁掛け式テレビジョン受像機５１の両脇に、絵画やポスターなどを掲げた額５２および５３が掛けられている。これら額５２および５３の前面には、図示しないが、圧電スピーカが配置される。たとえば、額５２および５３の前面ガラス板に代えて、圧電スピーカが装着される。したがって、圧電スピーカを、インテリア性能の高いものとすることができる。【０２２５】
また、テレビジョン受像機５１のディスプレイ部分にはスピーカを内蔵する必要がないので、この部分をより薄型化することができる。【０２２６】
この発明に係る圧電スピーカは、さらに、次のような用途にも有利に向けることができる。【０２２７】
たとえば、電車やバス等の優先座席付近の窓に取り付けることにより、お年寄りなどにも車内放送が聞きやすくなり、しかも車窓の視界を遮ることがない。【０２２８】
また、近年、高級クリスマスカードなどのメッセージカードが流行している。このようなメッセージカードにおいて、デコレーションを兼ねたスピーカとしても用いることができる。【０２２９】
また、壁面の広告、特に人物が配されている広告の顔の部分に、スピーカを取り付け、あたかも人物がしゃべっているように宣伝内容を音声として流すことにより、     人々の興味を引き、広告効果を大きくすることができる。この場合、赤外線センサやドップラーセンサと組み合わせて、人が近づいたときに呼びかける（呼び止める）ようにすれば、さらに効果的である。【０２３０】
また、パチンコ台やパチスロ台の表面にも直接形成することが可能で、全面から音を出すことにより、迫力のある演出が可能となる。【０２３１】
また、以下のようなタクタイルフィードバックへの応用も可能である。【０２３２】
近年、携帯電話機、電子手帳、モバイル音楽プレーヤ、ポータブルゲーム機、駅などに設置されている券売機には、タッチパネルが多く採用されている。タッチパネルは、ボタンの配置、種類およびデザインを画像により表示するために自由度が非常に大きく、今後もその使用が拡大される傾向にある。【０２３３】
タッチパネルは、その名のとおり、操作は触れるだけであるが、通常のボタン操作に比べるとクリック感が得られず、確実に操作したという認識が感触からでは得られない。操作の結果を音により知らせるという手段はよく用いられているが、電車等の公共交通機関内では使用できなかったり、騒音の大きいところでは聞こえなかったり、と操作する者にとって不安を生じさせることが多い。また、特に券売機等では、特に視力に対して何らかの障害を持つ者にとって、タッチパネルでは操作感がつかみにくいという問題がある。【０２３４】
ところで、最近のタッチパネル付き携帯電話機では、タッチパネル操作に連動してバイブレーターを動作させるものや、タッチパネル自体をアクチュエータで振動させる形式のものがある。しかしながら、前者は操作した感触が得られるもののクリック感とはかなりかけ離れた感触であり、後者はアクチュエータを内蔵するために装置が大型化するなどの欠点がある。【０２３５】
これに対して、この発明に係る圧電スピーカによれば、共振点を用いて特定の周波数で振動する振動板として用いることができるため、この圧電スピーカをタッチパネル上にそのまま取り付けるだけで、疑似クリック感となり得る振動を指に伝えることができる。したがって、アクチュエータ等の部品を使用する必要がないため、簡単にタクタイルフィードバックを形成することができる。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【国際調査報告】
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