(57)【要約】      （修正有）【課題】加工性に優れており、高音帯域のみならず、低音帯域における周波数特性も優れた圧電スピーカを提供する。【解決手段】圧電フィルムを所望の形状に熱圧成型し、当該熱圧成型された圧電フィルムを振動板１として用いる。所望の形状はコーン形状またはドーム形状である。また、コーン形状を有する振動板にボイスコイルを装着し、当該ボイスコイルおよび振動板に電気信号を印加して、音声を発生させる。振動板は、ポリビニリデンフルオライド樹脂もしくはポリビニリデンフルオライド樹脂からなるフィルムの表面に導電性ポリマーをコーティングしてなるフィルム材、または、ポリビニリデンフルオライド樹脂もしくはポリビニリデンフルオライド樹脂からなるフィルムの表面に金属薄膜をコーティングしてなるフィルム材からなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電フィルムを所望の形状に熱圧成型し、当該熱圧成型された圧電フィルムを振動板として用いる構成を有することを特徴とする圧電スピーカ。
【請求項２】
請求項１記載の圧電スピーカにおいて、
前記所望の形状はコーン形状またはドーム形状であることを特徴とする圧電スピーカ。
【請求項３】
請求項２記載の圧電スピーカにおいて、
前記コーン形状を有する振動板にボイスコイルを装着し、当該ボイスコイルおよび振動板に電気信号を印加して、音声を発生させることを特徴とする圧電スピーカ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項記載の圧電スピーカにおいて、
前記振動板は、ポリビニリデンフルオライド樹脂もしくはポリビニリデンフルオライド樹脂からなるフィルムの表面に導電性ポリマーをコーティングしてなるフィルム材、または、ポリビニリデンフルオライド樹脂もしくはポリビニリデンフルオライド樹脂からなるフィルムの表面に金属薄膜をコーティングしてなるフィルム材からなることを特徴とする圧電スピーカ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電スピーカに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の圧電スピーカとして、圧電フィルムに音声信号を印加させ、該圧電フィルムを伸縮させることによって音声を発生させるものが知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−９２５１８号公報（発明の詳細な説明）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示されている圧電スピーカに採用される圧電フィルムは、材質が樹脂であることから、極めて大きな可撓性を有する。このため、平坦な状態ではコンプライアンスが極めて高く、ばね性をほとんど有さない。したがって、音声信号を発生させる際に、電気信号を印加させて該圧電フィルムを伸縮させたとしても、当該伸縮の方向性が均一とならず、安定した音圧特性を得ることが困難である。
【０００５】
一方、圧電フィルムのコンプライアンスを低下させる手法として、該圧電フィルムをドーム形状等の３次元形状に成型し、振動板として用いる方法が存在する。しかしながら、ドーム形状等の３次元形状を有する圧電フィルムを得るためには、一般的に、冷間加圧を用いて平面状のフィルムを圧延もしくは延伸させる必要がある。
【０００６】
しかし、冷間加工がなされた樹脂フィルムは、加工精度、特に成型後の寸法安定性に乏しく、かつ生産性にも劣るという欠点を有している。このため、成型加工が施された圧電フィルムも、伸縮の方向性が均一とならず、実用性に乏しいものとなっている。
【０００７】
他方、従来から圧電スピーカは、高音帯域の再生には優れた特性を有するものの、低音帯域の再生においては、一般に採用されている、ムービングコイル駆動方式のスピーカよりも特性が劣るといった欠点を有する。
【０００８】
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、加工性に優れており、あるいは高音帯域のみならず、低音帯域における周波数特性も優れた圧電スピーカを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の一側面は、圧電フィルムを所望の形状に熱圧成型し、当該熱圧成型された圧電フィルムを振動板として用いる構成を有するものである。
【００１０】
また、所望の形状はコーン形状またはドーム形状であることが好ましい。
【００１１】
また、コーン形状を有する振動板にボイスコイルを装着し、当該ボイスコイルおよび振動板に電気信号を印加して、音声を発生させることが好ましい。
【００１２】
また、振動板は、ポリビニリデンフルオライド樹脂もしくはポリビニリデンフルオライド樹脂からなるフィルムの表面に導電性ポリマーをコーティングしてなるフィルム材、または、ポリビニリデンフルオライド樹脂もしくはポリビニリデンフルオライド樹脂からなるフィルムの表面に金属薄膜をコーティングしてなるフィルム材からなることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、加工性に優れており、かつ高音帯域のみならず、低音帯域における周波数特性も優れた圧電スピーカを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る圧電スピーカに用いられる振動板の構成を示す図であり、上段はその斜視図であり、下段はその正面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る圧電スピーカに用いられる振動板の構成を示す図であり、上段は図１の下段に示す振動板をＡ−Ａ線で切断した断面図であり、下段はその側面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る圧電スピーカに用いられる振動板の構成を示す図であり、上段はその斜視図であり、下段はその正面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る圧電スピーカに用いられる振動板の構成を示す図であり、上段は図３の下段に示す振動板をＢ−Ｂ線で切断した断面図であり、下段はその側面図である。
【図５】熱圧成型前に導電性ポリマーを塗布した振動板および熱圧成型後に導電性ポリマーを塗布した振動板を表側ならびに裏側のそれぞれの方向から測定した場合の再生周波数特性を表す図である。
【図６】振動板の再生周波数特性の測定方向を示す図であり、上段は本発明の第２の実施の形態に係る圧電スピーカに用いられる振動板を表側から測定する状態を表す図であり、中段は、本発明の第２の実施の形態に係る圧電スピーカに用いられる振動板を裏側から測定する状態を表す図であり、下段は本発明の第１の実施の形態に係る圧電スピーカに用いられる振動板を表側から測定する状態を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態に係る圧電スピーカについて、図面を参照しながら説明する。なお、本発明の第１および第２の実施の形態に係る圧電スピーカは、圧電フィルムを用いた圧電スピーカに採用される振動板に係るものであるため、主に、振動板の構成について説明する。また、以下の説明において、図１〜図４および図６に示す矢示Ｘ１方向を「表」、矢示Ｘ２方向を「裏」とそれぞれ規定する。
【００１６】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る圧電スピーカに用いられる振動板１の構成を示す図であり、上段はその斜視図であり、下段はその正面図である。図２は、本発明の第１の実施の形態に係る圧電スピーカに用いられる振動板１の構成を示す図であり、上段は図１の下段に示す振動板１をＡ−Ａ線で切断した断面図であり、下段はその側面図である。
【００１７】
図１および図２に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る圧電スピーカ（不図示）に用いられる振動板１は略ドーム状の形態を有する。具体的には、振動板１はドーム形状のドーム部２と、該ドーム部２の外周から全周に亘って径方向外方に向かって鍔状に延出する鍔部３とを有する。ドーム部２の外径は、たとえば約２５ｍｍに形成されている。しかしながら、ドーム部２の大きさは、当該寸法に限定されるものではない。
【００１８】
振動板１は、圧電フィルムから形成されており、当該圧電フィルムとして、ポリビニリデンフルオライド（以下、ＰＶＤＦと表記する。）樹脂からなるＰＶＤＦフィルムが用いられている。また、ＰＶＤＦフィルムの表面には導電性ポリマーがコーティングされている。なお、ＰＶＤＦフィルムの表面のコーティングは、導電性ポリマーによるものに限定されるものではなく、たとえば、ＰＶＤＦフィルムの表面に金属薄膜等を形成させてＰＶＤＦフィルムの表面をコーティングするようにしても良い。
【００１９】
この振動板１は、ＰＶＤＦフィルムを熱圧成型することによって形成される。熱圧成型の方法としては、たとえば、成型用金型を用いて、１２０℃の温度で、たとえば約１〜２秒間加圧する方法を採用することができる。しかしながら、熱圧成型としては、当該方法に限定されるものではない。また、上述した導電性ポリマーのコーティングは成型前に行っても良いし、成型後に行っても良い。
【００２０】
鍔部３の表面には、銀ペーストを塗布することで電極が形成されている。また、当該電極には不図示の入力リード線が接続されている。このため、入力リード線を介して振動板１に電気信号を印加することが可能である。当該入力リード線の電極への接続は、銀ペーストの塗布を利用して行われている。この振動板１をスピーカ用の不図示のフレームに取り付けることによって圧電スピーカを得ることができる。
【００２１】
以上のような構成の振動板１を用いた圧電スピーカでは、振動板１を熱圧成型にて、３次元形状となる略ドーム状の形態を得ることができる。このため、生産性を大幅に向上させることが可能となる。また、成型後の寸法安定性も確保することが可能であるため、品質の安定性も確保することができる。さらに、振動板１の材料としてＰＶＤＦ樹脂が用いられているため、材料の入手が容易であると共に、熱圧成型加工によっても圧電機能が失われない振動板１を得ることができる。
【００２２】
また、振動板１を用いた圧電スピーカでは、熱圧成型された圧電フィルムを振動板１として採用している。このため、従来のスピーカが有している磁気回路部分を省くことが可能となり、スピーカの軽量化および構造の単純化を図ることが可能である。特に、高音用のスピーカにおいてスペースの有効活用を図ることが可能となる。
【００２３】
（第２の実施の形態）
以下、本発明の第２の実施の形態に係る圧電スピーカについて、図面を参照しながら説明する。なお、第２の実施の形態に係る圧電スピーカにおいて、第１の実施の形態と共通する部分については、その説明を省略または簡略化する。
【００２４】
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る圧電スピーカに用いられる振動板１０の構成を示す図であり、上段はその斜視図であり、下段はその正面図である。図４は、本発明の第２の実施の形態に係る圧電スピーカに用いられる振動板１０の構成を示す図であり、上段は図１の下段に示す振動板１０をＢ−Ｂ線で切断した断面図であり、下段はその側面図である。
【００２５】
図１および図２に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る圧電スピーカ（不図示）に用いられる振動板１０は、略コーン状の形態を有する。具体的には、振動板１０は、その中央が開放したコーン形状のコーン部１１と、該コーン部１１の開放した開口縁部から裏側に向かって全周に亘って延出するネック部１２と、コーン部１１の外周縁から裏側に向かって全周に亘って延出し、該延出した端部からさらに径方向外方に向かって全周に亘って平坦な鍔状に延出する鍔部１３とを有する。コーン部１１の外径は、たとえば約２５ｍｍに形成されており、ネック部１２の内周径ともなるコーン部１１の内径は、たとえば１０ｍｍに形成されている。しかしながら、コーン部１１の大きさは当該寸法に限定されるものではない。
【００２６】
振動板１０は、第１の実施の形態の場合と同様、ＰＶＤＦ樹脂からなるＰＶＤＦフィルムから形成されている。また、ＰＶＤＦフィルムの表面には導電性ポリマーがコーティングされている。また、振動板１０の製造方法として、第１の実施の形態の場合と同様、熱圧成型が採用されている。さらに、鍔部１３において径方向外方に向かって延出する平坦な部分の表面には、銀ペーストを塗布することで電極が形成されており、当該電極には不図示の入力リード線が接続されている。この振動板１０をスピーカ用の不図示のフレームに取り付けることによって圧電スピーカを得ることができる。
【００２７】
以上のような構成の振動板１０を用いた圧電スピーカでは、振動板１０を熱圧成型にて、３次元形状となる略コーン状の形態を得ることができる。このため、生産性を大幅に向上させることが可能となる。また、成型後の寸法安定性も確保することが可能であるため、品質の安定性も確保することができる。さらに、振動板１０の材料としてＰＶＤＦ樹脂が用いられているため、材料の入手が容易であると共に、熱圧成型加工によっても圧電機能が失われない振動板１０を得ることができる。
【００２８】
また、振動板１０を用いた圧電スピーカでは、熱圧成型された圧電フィルムを振動板１０として採用している。このため、従来のスピーカが有している磁気回路部分を省くことが可能となり、スピーカの軽量化および構造の単純化を図ることが可能である。特に、高音用のスピーカにおいてスペースの有効活用を図ることが可能となる。
【００２９】
（実験１）
図５は、熱圧成型前に導電性ポリマーを塗布した振動板１，１０および熱圧成型後に導電性ポリマーを塗布した振動板１，１０を表側ならびに裏側のそれぞれの方向から測定した場合の再生周波数特性を表す図である。図６は振動板１，１０の測定方向を示す図であり、上段は振動板１０を表側から測定する状態を表す図であり、中段は、振動板１０を裏側から測定する状態を表す図であり、下段は振動板１を表側から測定する状態を表す図である。なお、図５において、横軸は周波数［Ｈｚ］の大きさを表しており、縦軸は音圧［ｄＢ］の大きさを表している。
【００３０】
振動板１，１０の再生周波数特性の測定は、該振動板１，１０のそれぞれについて、熱圧成型前に導電性ポリマーを塗布したものと、熱圧成型後に導電性ポリマーを塗布したものに対して行った。また、振動板１０の測定は、図６上段および中段に示すように、振動板１０の表側と裏側のそれぞれの方向から行った。一方、振動板１の測定は、図６下段に示すように、振動板１の表側のみから行った。なお、図５中に記載の「コーンＡ」とは、熱圧成型前に導電性ポリマーを塗布した振動板１０を指し、「コーンＢ」とは、熱圧成型後に導電性ポリマーを塗布した振動板１０を指すものとする。また、図５中に記載の「ドームＡ」とは、熱圧成型前に導電性ポリマーを塗布した振動板１を指し、「ドームＢ」とは、熱圧成型後に導電性ポリマーを塗布した振動板１を指すものとする。さらに、図５中に記載の「表」および「裏」とは、振動板１０の測定方向を指すものとする。また、図５中に記載の「Ｕ型」とは、たとえば約２５ｍｍ角に切断した導電性ポリマーを塗布したＰＶＤＦフィルムを略Ｕ字状に撓ませたものに、電極を設けた振動板を指す。
【００３１】
図５に示すように、Ｕ型に撓ませた振動板は、略ドーム状の振動板１および略コーン状の振動板１０の双方と比較して、高周波数帯域における音圧は若干高くなったが、ほぼ同様の周波数特性を示した。また、全ての振動板は、たとえば約１０００Ｈｚ以上約２００００Ｈｚ以下の比較的高い周波数帯域において、ほぼ同様の再生周波数特性を示した。
【００３２】
以上の結果から、熱圧成型による３次元形状のＰＶＤＦ樹脂フィルムによる振動板１，１０の音圧の方が、導電性ポリマーが塗布されたＰＶＤＦ樹脂フィルムを略Ｕ字状に撓ませた、たとえば２５ｍｍ角の振動板よりも若干低かったのは、振動板の面積および形状因子に起因するものと推察できる。これより、圧電フィルム樹脂、特にＰＶＤＦ樹脂を熱圧成型しても、形状および熱圧条件等を適正に設定すれば、ＰＶＤＦ樹脂の有する圧電機能が失われることが無いことがわかった。
【００３３】
したがって、ＰＶＤＦ樹脂からなる振動板の形状を用途に適した形状とすれば、スピーカ用振動板として充分に実用性を有し、特に、高音用のスピーカに適用できることがわかった。一方、当該振動板では、低音域の再生能力が不足しているため、圧電フィルムをコーン状に熱圧成型した振動板１０のネック部１２に不図示のボイスコイルを含めた磁気回路（以下、単に、磁気回路と表記する。）を装着すれば、振動板１０の動作に加え、従来の磁気回路を有するスピーカと同じ動作を行わせることが可能となる。このように、圧電フィルムと磁気回路を併用し、これらの双方に、不図示の制御部の制御によって同時にオーディオ信号（電気信号に対応）を印加する構成とすれば、磁気回路による低音域の再生により、圧電フィルムの低音域における再生能力の不足を容易に補うことができる。すなわち、磁気回路をネック部１２に装着することによって、振動板１０を備えた圧電スピーカの再生帯域を拡大することが可能となる。このような圧電フィルムと磁気回路を併用する２ＷＡＹスピーカは、振動板１０のネック部１２に磁気回路を装着するといった容易な作業により作製することができる。
【００３４】
なお、振動板１０と不図示のボイスコイルのインピーダンスは大幅に相違するため、振動板１０とボイスコイルのそれぞれに印加する信号回路を、プリアンプ部までは共通とし、出力段以降において別回路とすることにより容易に対応可能となる。
【００３５】
以上、本発明の一実施の形態について説明したが、本発明は上述の形態に限定されることなく、種々変形した形態にて実施可能である。
【００３６】
上述の各実施の形態では、振動板１，１０はそれぞれ略ドーム状および略コーン状の形態を有しているが、振動板１，１０の形状はこのような形態に限定されるものではない。なぜなら、圧電フィルム、すなわち、ＰＶＤＦ樹脂フィルムは、通常、熱圧成型される樹脂フィルムよりも比較的柔らかいという性質を有するため、共振が発生しやすいという性格を有している。このため、共振を発生しにくくするために、たとえば、ドーム部２あるいはコーン部１１にリブを一体成型するようにしても良い。また、特定の周波数帯域における共振の発生を低減するために、たとえば、リブ、ダンピング材もしくはクッション材等の補強部材を、適宜、振動板１，１０の所望の箇所に接着や貼着等の手段によって別部材として装着するようにしても良い。
【００３７】
また、上述の実施の形態では、振動板１，１０には、耐熱性を向上させるための処置は施されていないが、振動板１，１０の耐熱性を向上させるために、たとえば、ネック部１２に耐熱性プラスチック等の耐熱性向上部材を装着するようにしても良い。
【００３８】
また、上述の実施の形態では、圧電フィルムとして、ＰＶＤＦ樹脂からなるフィルム、すなわち、ＰＶＤＦ樹脂フィルムの表面に導電性ポリマーをコーティングしたものが採用されているが、圧電フィルムとしてはＰＶＤＦフィルムに限定されるものではなく、熱圧成型をしても圧電機能が失われることのない他の圧電フィルムを採用しても良い。
【００３９】
また、上述の実施の形態では、圧電フィルムのみを利用して音声を発生させる構成とされているが、たとえば、ボイスコイルを含めた磁気回路等の駆動体を圧電フィルムと併用するようにしても良い。具体的には、熱圧成型した振動板１０のネック部１２もしくはネック部１２の近傍に駆動体を接着もしくは貼着等の手段にて装着し、圧電フィルムと駆動体の双方に、同時にオーディオ信号を印加することにより、容易に２ＷＡＹスピーカを作製することができる。このように、ネック部１２に駆動体を装着することによって、圧電スピーカの再生帯域を拡大することが可能となる。
【符号の説明】
【００４０】
１…振動板（圧電フィルム）
【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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