(57)【要約】【課題】音の再生能力の低下を防止でき、薄型で軽量な圧電スピーカを提供する。【解決手段】圧電スピーカ１は、積層型圧電体２と、第１外部電極に相当する外部電極３１と、第２外部電極に相当する外部電極３２と、を備えている。積層型圧電体２は、多孔質圧電体層２１と内部電極２２とが交互に積層されて形成されている。外部電極３１，３２は、互いに対向する積層型圧電体２の二つの側面にそれぞれ設けられている。多孔質圧電体層２１は、内部に多数の孔Ｐを含む圧電体層である。多孔質圧電体層２１は、ｄ３３圧電定数を有し、多孔質圧電体層２１のｄ３３圧電定数は、多孔質圧電体層２１のｄ３１圧電定数より極めて大きい。内部電極２２は、積層型圧電体２の前面Ｆ側から順に積層された複数の内部電極２２ａ〜２２ｉからなる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｄ３３圧電定数を有し、ｄ３３圧電定数がｄ３１圧電定数より大きい多孔質圧電体層と第１、第２内部電極とが積層されて形成されている積層型圧電体と、
前記積層型圧電体の前記第１内部電極に接続される、駆動信号印加用の第１外部電極と、
前記積層型圧電体の前記第２内部電極に接続される、前記駆動信号印加用の第２外部電極と、
を備える、ことを特徴とする圧電スピーカ。
【請求項２】
前記多孔質圧電体層は、多孔質ポリプロピレンからなる、ことを特徴とする請求項１に記載の圧電スピーカ。
【請求項３】
前記多孔質圧電体層は、多孔質ポリフッ化ビニリデンまたは多孔質４フッ化エチレン樹脂からなる、ことを特徴とする請求項１に記載の圧電スピーカ。
【請求項４】
前記多孔質圧電体層は、コロナ放電によって前記積層型圧電体の厚み方向に分極している、ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の圧電スピーカ。
【請求項５】
前記積層型圧電体の共振周波数は、可聴周波数より高い、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の圧電スピーカ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間へ音を放音する圧電スピーカに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空間へ音を放音するスピーカが各種考案されている。スピーカは、音をスピーカの前面側から放音するとともに、前面側の音とは逆位相の音を、スピーカの背面側から放音する。
【０００３】
そのため、スピーカの背面側から放音された音が、該スピーカの前面側に回り込み、背面側の音とは逆位相である前面側に放音された音との間で打ち消し合うキャンセル現象が発生することがある。また、スピーカの背面側から前面側に回り込んだ音と、スピーカの前面側に放音された音とが共振する場合もあり、その場合には音圧が急激に上昇し、ノイズが発生することもある。
【０００４】
そこで、特許文献１では、スピーカと、スピーカの背面側を覆うバックキャビティとを備える第１スピーカ装置、及び、スピーカと、スピーカを収納するスピーカボックスとを備える第２スピーカ装置が開示されている。バックキャビティやスピーカボックスは、逆位相の音が空間へ放音されることを防止する。
【０００５】
よって、第１、第２スピーカ装置は、バックキャビティやスピーカボックスによって、キャンセル現象やノイズによる音の再生能力の低下を防止できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−０１３８８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の第１、第２スピーカ装置では、バックキャビティやスピーカボックスを備えることで、第１、第２スピーカ装置が大型化したり重量が増加したりするという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、音の再生能力の低下を防止でき、薄型で軽量な圧電スピーカを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の圧電スピーカは、積層型圧電体と、駆動信号印加用の第１外部電極と、駆動信号印加用の第２外部電極と、を備える。
【００１０】
積層型圧電体は、多孔質圧電体層と第１、第２内部電極とが積層されて形成されている。多孔質圧電体層はｄ３３圧電定数を有する。多孔質圧電体層のｄ３３圧電定数は、多孔質圧電体層のｄ３１圧電定数より大きい。第１外部電極は、積層型圧電体の第１内部電極に接続される。第２外部電極は、積層型圧電体の第２内部電極に接続される。
【００１１】
この構成において、積層型圧電体は、多孔質圧電体層と第１、第２内部電極とが積層される積層方向に直交する一方の主面および他方の主面を有する。
【００１２】
この構成では、駆動電圧（駆動信号）が第１、第２外部電極を介して第１、第２内部電極から積層型圧電体に印加されると、積層型圧電体は、積層方向に直交する方向に殆ど伸縮せず、積層方向に伸縮する。
【００１３】
そのため、圧電スピーカは、音を積層型圧電体の一方の主面側から放音するとともに、一方の主面側の音と同位相の音を、積層型圧電体の他方の主面側から放音する。そのため、圧電スピーカでは、前述のキャンセル現象やノイズなどが発生しない。
【００１４】
よって、圧電スピーカは、バックキャビティやスピーカボックスを備えなくても、前述のキャンセル現象やノイズによる音の再生能力の低下を防止できる。また、圧電スピーカは、バックキャビティやスピーカボックスを備えないため、薄型かつ軽量に製造できる。
【００１５】
したがって、本発明によれば、音の再生能力の低下を防止でき、薄型で軽量な圧電スピーカを提供できる。
【００１６】
さらに、本発明の圧電スピーカは、多孔質圧電体層と内部電極（第１、第２内部電極）とが複数層に積層された積層型圧電体から音を放音する。したがって、本発明の圧電スピーカによれば、電気から音への変換効率が積層数に応じて向上する。
【００１７】
また、本発明の圧電スピーカの多孔質圧電体層は、多孔質ポリプロピレンからなることが好ましい。
【００１８】
多孔質ポリプロピレンに対して分極処理を行うと、各孔の上下の面に、プラスの電荷とマイナスの電荷を効果的に補足することができる。
【００１９】
また、本発明の圧電スピーカの多孔質圧電体層は多孔質ポリフッ化ビニリデンまたは多孔質４フッ化エチレン樹脂からなることが好ましい。
【００２０】
多孔質ポリフッ化ビニリデンまたは多孔質４フッ化エチレン樹脂に対して分極処理を行うと、多孔質ポリプロピレンには劣るものの、各孔の上下の面に、プラスの電荷とマイナスの電荷を補足することができる。また、多孔質ポリフッ化ビニリデンまたは多孔質４フッ化エチレン樹脂を用いることにより耐熱性が向上する。
【００２１】
また、本発明の圧電スピーカの多孔質圧電体層は、コロナ放電によって積層型圧電体の厚み方向に分極していることが好ましい。
【００２２】
多孔質圧電体層に対してコロナ放電を行うと、各孔の上下の面に、プラスの電荷とマイナスの電荷を効果的に補足することができる。
【００２３】
本発明の圧電スピーカの積層型圧電体の共振周波数は、可聴周波数より高いことが好ましい。
【００２４】
この構成では、積層型圧電体の共振周波数が可聴周波数より高いため、積層型圧電体が可聴周波数内で共振することが無い。すなわち、積層型圧電体が可聴周波数内の特定周波数で積層方向に沿って急激に伸縮することが無い。そのため、圧電スピーカは、駆動時、可聴周波数内の特定周波数の音だけが大きくなることを防止できる。
【００２５】
また、この構成では、積層型圧電体が可聴周波数内の特定周波数で、積層方向に直交する方向へ急激に伸縮することも無い。そのため、圧電スピーカは、駆動時、積層方向に直交する方向への伸縮による歪みを大幅に低減できる。
【発明の効果】
【００２６】
この発明によれば、音の再生能力の低下を防止でき、薄型で軽量な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】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態に係る圧電スピーカ１の外観斜視図である。
【図２】図１に示すＳ−Ｓ線の断面図である。
【図３】図１に示す圧電スピーカ１が駆動しているときのＳ−Ｓ線の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の実施形態に係る圧電スピーカについて、図を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る圧電スピーカ１の外観斜視図である。図２は、図１に示すＳ−Ｓ線の断面図である。なお、図２は、分極の様子を説明するため、孔の大きさを強調して示している。
【００２９】
圧電スピーカ１は、積層型圧電体２と、第１外部電極に相当する外部電極３１と、第２外部電極に相当する外部電極３２と、を備えている。
【００３０】
積層型圧電体２は、積層方向に短く、直方体形状を有している。積層型圧電体２は、多孔質圧電体層２１と内部電極２２とが交互に積層されて形成されている。多孔質圧電体層２１は、内部に多数の孔Ｐを含む圧電体層である。多孔質圧電体層２１は、例えば多孔質ポリプロピレンからなる。積層型圧電体２は、例えば、板状の多孔質ポリプロピレンを複数回折り曲げて（所謂つづら折りして）多孔質ポリプロピレンと内部電極２２とを交互に積層して形成する。
【００３１】
多孔質圧電体層２１は、ｄ３３圧電定数を有し、多孔質圧電体層２１のｄ３３圧電定数は、多孔質圧電体層２１のｄ３１圧電定数より極めて大きい。多孔質圧電体層２１のｄ３１圧電定数は極めて０に近い値である。多孔質圧電体層２１は、例えばコロナ放電によって多孔質圧電体層２１の厚み方向に分極している。多孔質圧電体層２１の分極方向は、多孔質圧電体層２１と内部電極２２との積層方向と平行である。
【００３２】
ここで、多孔質圧電体層２１に対してコロナ放電を行うと、特に多孔質ポリプロピレンに対してコロナ放電を行うと、各孔の上下の面に、プラスの電荷とマイナスの電荷を効果的に補足することができる。
【００３３】
また、積層型圧電体２は、積層型圧電体２の共振周波数が可聴周波数（２０Ｈｚ〜１５ｋＨｚ又は２０ｋＨｚ）より高くなる厚みに形成されている。
【００３４】
なお、以下では、積層方向に沿った四つの面を積層型圧電体２の側面とする。積層方向に直交する平行な二つの面を積層型圧電体２の前面Ｆおよび背面Ｂとする。また、積層型圧電体２の二つの側面に直交する方向を、積層型圧電体２の幅方向とする。
【００３５】
外部電極３１，３２は、互いに対向する積層型圧電体２の二つの側面にそれぞれ設けられている。外部電極３１，３２には、それぞれ、不図示のリード線が接合されている。外部電極３１，３２は、内部電極２２を介して、多孔質圧電体層２１に駆動電圧を印加して圧電スピーカ１を積層方向に伸縮させるために設けられている。外部電極３１，３２は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｎｉあるいはこれらの金属の合金などにより形成されている。
【００３６】
また、積層型圧電体２の内部電極２２は、前面Ｆ側から順に積層された複数の内部電極２２ａ〜２２ｉからなる。
【００３７】
内部電極２２ａ，２２ｃ，２２ｅ，２２ｇ，２２ｉは、第１内部電極である。内部電極２２ａ，２２ｃ，２２ｅ，２２ｇ，２２ｉの一方側の端部は、外部電極３１に接続されている。内部電極２２ａ，２２ｃ，２２ｅ，２２ｇ，２２ｉは、外部電極３１側から外部電極３２側に向かって水平（積層方向に対して直交方向）に延びている。
【００３８】
このとき、内部電極２２ａ，２２ｃ，２２ｅ，２２ｇ，２２ｉは、積層型圧電体２の幅方向の長さが積層型圧電体２の二つの側面間の長さより短いため、外部電極３２とは接続されていない。
【００３９】
また、内部電極２２ｂ，２２ｄ，２２ｆ，２２ｈは、第２内部電極である。内部電極２２ｂ，２２ｄ，２２ｆ，２２ｈは、内部電極２２ａ，２２ｃ，２２ｅ，２２ｇ，２２ｉの間にそれぞれ位置する。内部電極２２ｂ，２２ｄ，２２ｆ，２２ｈの一方側の端部は、外部電極３２に接続されている。内部電極２２ｂ，２２ｄ，２２ｆ，２２ｈは、外部電極３２側から外部電極３１側に向かって水平（積層方向に対して直交方向）に延びている。
【００４０】
このとき、内部電極２２ｂ，２２ｄ，２２ｆ，２２ｈは、積層型圧電体２の幅方向の長さが積層型圧電体２の二つの側面間の長さより短いため、外部電極３１とは接続されていない。
【００４１】
内部電極２２は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｎｉあるいはこれらの金属の合金などにより形成されている。
【００４２】
次に、圧電スピーカ１の駆動（再生）時の動作について説明する。
【００４３】
図３は、図１に示す圧電スピーカ１が駆動しているときのＳ−Ｓ線の断面図である。ここで、積層型圧電体２の前面Ｆおよび背面Ｂより外側に描かれている円弧状の複数の曲線は、圧電スピーカ１から空間へ放射される音波を示している。
【００４４】
外部電極３１に接合されたリード線から交流の駆動電圧（駆動信号）が印加されると、外部電極３１を介して内部電極２２ａ，２２ｃ，２２ｅ，２２ｇ，２２ｉから駆動電圧が積層型圧電体２に印加される。また、外部電極３２に接合されたリード線から交流の駆動電圧（駆動信号）が印加されると、外部電極３２を介して内部電極２２ｂ，２２ｄ，２２ｆ，２２ｈから駆動電圧が積層型圧電体２に印加される。
【００４５】
ここで、多孔質圧電体層２１のｄ３３圧電定数は多孔質圧電体層２１のｄ３１圧電定数より極めて大きい。そのため、駆動電圧（駆動信号）が外部電極３１，３２を介して内部電極２２ａ〜２２ｉから積層型圧電体２に印加されると、積層型圧電体２は、積層方向に直交する方向に殆ど伸縮せず、積層方向に伸縮する。
【００４６】
そのため、圧電スピーカ１は、図３に示すように、音を積層型圧電体２の前面Ｆ側から放音するとともに、前面Ｆ側の音と同位相の音を、積層型圧電体２の背面Ｂ側から放音する。そのため、圧電スピーカ１では、前述のキャンセル現象やノイズなどが発生しない。
【００４７】
よって、圧電スピーカ１は、バックキャビティやスピーカボックスを備えなくても、前述のキャンセル現象やノイズによる音の再生能力の低下を防止できる。また、圧電スピーカ１は、バックキャビティやスピーカボックスを備えないため、薄型かつ軽量に製造できる。
【００４８】
したがって、本実施形態によれば、音の再生能力の低下を防止でき、薄型で軽量な圧電スピーカ１を実現できる。
【００４９】
さらに、圧電スピーカ１は、多孔質圧電体層２１と内部電極２２とが複数層に積層された積層型圧電体２から音を放音するため、電気から音への変換効率が積層数に応じて向上する。
【００５０】
また、積層型圧電体２の共振周波数が可聴周波数より高いため、積層型圧電体２が可聴周波数内で共振することが無い。すなわち、積層型圧電体２が可聴周波数内の特定周波数で積層方向に沿って急激に伸縮することが無い。そのため、圧電スピーカ１は、駆動時、可聴周波数内の特定周波数の音だけが大きくなることを防止できる。
【００５１】
また、積層型圧電体２が可聴周波数内の特定周波数で、積層方向に直交する方向へ急激に伸縮することも無い。そのため、圧電スピーカ１は、駆動時、積層方向に直交する方向への伸縮による歪みを大幅に低減できる。
【００５２】
そして、圧電スピーカ１は、例えば、積層型圧電体２の背面Ｂを壁に取り付け、積層型圧電体２の前面Ｆをユーザに向けた状態で使用される。この場合、積層型圧電体２の背面Ｂ側から放音された音が壁に反射し、反射した音は積層型圧電体２の前面Ｆ側に回り込む。この際、積層型圧電体２の前面Ｆ側から放音された音と積層型圧電体２の背面Ｂ側から放音された音とが同位相であるため、相殺されず、音の再生能力が低下することは無い。
【００５３】
なお、上記実施形態では多孔質圧電体層の材料に、電荷が蓄積しやすく安価な多孔質ポリプロピレンを用いたが、これに限るものではなく、例えば、多孔質ポリフッ化ビニリデンまたは多孔質４フッ化エチレン樹脂を用いることもできる。これらの材料は、多孔質ポリプロピレンに比べると得られるｄ圧電定数の値は低くなるものの、多孔質ポリプロピレンに比べて耐熱性が高い。したがって、多孔質圧電体層の材料として、多孔質のポリフッ化ビニリデンまたは多孔質４フッ化エチレン樹脂を用いた場合、圧電スピーカを８０℃で使用することも可能となる。
【００５４】
最後に、前記各実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５５】
１…圧電スピーカ
２…積層型圧電体
２１…多孔質圧電体層
２２…内部電極
２２ａ，２２ｃ，２２ｅ，２２ｇ，２２ｉ…内部電極
２２ｂ，２２ｄ，２２ｆ，２２ｈ…内部電極
３１…外部電極
３２…外部電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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