(57)【要約】【課題】アコーディオン形状の振動板を保有し、ハイルスピーカーと同様の動作をするスピーカーにおいては、振動板の横端と中央付近の動作に不連続な領域が発生しないようにする事が課題である。そのために横端をフリーエッジにした場合は、振動板のアコーディオン形状が崩れないように保持する事、及び大きな電流が流れても電極が断線しないようにする事が課題である。【解決手段】振動板との電気的接続は、動作しない固定部である縦端や山谷の頂点で行う事。そして固定部以外の横端は、横枠に固定しないフリーエッジにする事。また振動板のアコーディオン形状は、支持体を振動板の山谷の稜線に沿って横枠間に渡して保持する事。以上、３つの特徴を構成要素とする事で解決する。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルムをアコーディング形状に成型して振動板とし、該振動板に形成した電極に交番信号を入力して、音波を発生するスピーカーの構造に於いて、該振動板の山谷の稜線を支持体で保持し、該振動板の波状の横端は自由に振動するフリーエッジ構造にすると共に、一方上記振動板を枠に固定する固定部を設けて、該電極と電極端子とは該固定部に設けた接続点を通して電気的接続をとる構造とした電気音響変換器。
【請求項２】
該フィルムが圧電フィルムである該スピーカーとした請求項１に記載の電気音響変換器。
【請求項３】
縦枠に固定した該振動板の縦端を該固定部とした請求項１に記載の電気音響変換器。
【請求項４】
該振動板の該山谷に形成した該電極の頂点を該固定部とし、そして該頂点を該接続点として該横枠に設けたリード線と電気的接続をとり、該リード線は該電極端子と接続する請求項１に記載の電気音響変換器。
【請求項５】
該リード線を該横枠の外側に設け、該横枠を貫通する導電性の接続体とリード線との電気的接続をとり、さらに該接続体を該固定部にある該電極に接触させる事で該リード線と該電極を電気的に接続する請求項４に記載の電気音響変換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】フィルムをアコーディオン形状に成型して振動板とし、振動板に形成した電極に交番信号を入力して、音波を発生するスピーカー構造を有する電気音響変換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】薄いフィルムをアコーディオン形状に成型し、電極を形成して振動板とするスピーカーには従来からリボンスピーカー、ハイルスピーカー、高分子圧電スピーカーがある。先ずリボンスピーカーは図１に斜視図で示すように、ＰＥＴフィルムなど成型性の良いプラスチックフィルムにアルミ箔を貼り、それをアコーディオン状に成型して振動板１として、その振動板１をマグネット２の間に設置している。振動板１がリボンの形なのでリボンスピーカーの名称で呼ばれている。このリボンスピーカーに、電極端子３から交番信号を入力して、Ｎ，Ｓの記号で示すマグネット２の磁界を横切ってアルミ電極に電流を流すと、フレミングの左手の法則に従って振動板１は前後に振動して音波を発生する。電極端子３の部分は固定されているが、フィルムをアコーディオン状に折り曲げている分がクリアランスになり、振動板１は前後に動く事ができる。尚、プラスチックフィルムにアルミを貼った構造でなく、アルミだけのフィルムでも結果は同じである。
【０００３】次にハイルスピーカーは発明者であるハイルの名からそのように呼ばれている。ハイルドライバーと呼ばれる事も多い。その振動板と電極の構造を図２に斜視図で示すが、ＰＥＴフィルムなどにアルミ箔を貼って電極とし、アコーディオン状に成型して振動板４にするのはリボンスピーカーと同じである。但し、アコーディオン形状の壁の部分にだけ斜線で示す長方形の電極５を形成し、さらに各壁の電極５を直列に接続する電極リード６も連結して形成している。この構造の振動板４をＮ，Ｓで示すマグネット７の間に配置する。そして電極端子８から交番信号を印可すると、対面する複数の壁の互いに隣り合う電極５には、磁界を横切って逆方向の電流が流れるために、フレミングの左手の法則で、近づいたり離れたりする動作になる。
【０００４】波形状になった横端９から見た正面図を図３に示し、ハイルスピーカーの振動板４の動作を説明する。図３の（ｂ）は交番電流が流れていない場合であり、マグネット７によってＮからＳの方向に、振動板４を横切るように磁界が存在している。（ａ）は電極５を順方向に電流が流れた場合の振動板４の動きを示している。図面では黒丸は紙面裏側から表に向かって電流が流れ、白丸は紙面表側から裏側に向かって流れる事を現している。（ｃ）は電極５を逆方向に電流が流れた場合の振動板の動きを示している。従って交番電流が流れると、振動板４は振動面の前面の白抜きの矢印で示す方向に、空気を吸ったり吐いたりする振動をして音波を発生する。そして、一点鎖線と交わる山谷の頂点は動かない個所である事が分かる。
【０００５】次に圧電スピーカーの構成を図４に斜視図で示すが、２枚の圧電フィルム１０、１１内に矢印１２で示す分極方向が互いに対抗するように、２枚の圧電フィルム１０、１１を貼り合せてバイモルフフィルムにする。そして蒸着などの手段で長方形の電極１３を形成する。また長方形の各電極が並列に接続されるように電極リード１４も同時に形成する。こうして電極パターンを形成した圧電バイモルフフィルムをアコーディオン状に成型して振動板１５を作成する。各電極はアコーディオン形状に成型した時、山谷の頂上部１６にくるように形成する。壁にも電極パターンを形成して性能を上げる事が可能であるが、本発明の構成と動作説明では違いがないので、山谷の頂上部１６にだけ電極１３を形成した図面にしている。この振動板を縦枠１７、１８と横枠１９、２０で構成する枠２１に固定している。振動板１５の縦端２２は縦枠１７に固定し、波形状の横端２３はやはり波形状に加工した２枚の板２４、２５からなる横枠２０に挟む構造で固定している。この圧電スピーカーの構成は本発明者が出願した特許出願番号２０００−２１２１７１に詳細に説明している。
【０００６】その動作を横端２３方向から見た正面図である図５で説明する。振動板内に示す矢印１２は圧電フィルムの分極方向であり、２枚の圧電フィルム１０、１１の分極方向が逆になるように貼り合せてバイモルフにしている。図５の（ｅ）は電圧が印可していない場合である。先ず振動板１５両面の長方形の電極２６、２７から振動板に垂直に電圧を加えると、図５の（ｄ）では上の圧電フィルム１０は縦枠１７、１８方向に縮んで、下のフィルムは伸びる。すると山の曲率は大きくなって、一点鎖線で示す山谷の中心線を基準に両側の壁は離れ。逆に谷の曲率は小さくなって両側の壁は近づく。次に両面に逆の電圧を印可すると、（ｆ）のごとく壁の動きは（ｄ）と逆になる。そして、ハイルスピーカーと同様に、山谷の頂点は動かない事が分かる。
【０００７】従って電極に交番信号を印可すると振動板の前面では空気を吸ったり吐いたりする振動をして音波が発生するのはハイルスピーカーと同じである。但し、図１で示すリボンスピーカーは、前述したように振動板全体が前後に振動するので、ハイルスピーカーや本発明の圧電スピーカーとは動作が異なる。
【０００８】ところで図１と図２に示すように、リボンスピーカーとハイルスピーカーは振動板の波形状になった横端は枠等に固定していないフリーエッジである。一方、圧電スピーカーは図４に示すごとく横端２３は波形状に加工した２枚の板で挟むようにして横枠２０にしっかり固定している。リボンスピーカーやハイルスピーカーのように、振動板の横端をフリーエッジにするためには、フリーエッジにしてもアコーディオン形状を保つ必要がある。リボンスピーカーやハイルスピーカーは成型性の良いプラスチックであるＰＥＴ等を使用し、十分に高い温度をかけて成型する事ができるので、アコーディオン形状が崩れる事はない。しかし圧電フィルムは１００℃以上の高い温度を加えると圧電定数が低下してしまいスピーカーとしての能率が極端に悪くなる。従って１００℃以下の温度で成型する事になり、アコーディオン形状が広がって安定した形状の振動板が作成できないので、横端２３を横枠２０に固定して保持している。
【０００９】また本発明者は、前記圧電スピーカーの特許出願である特願２０００−２１２１７１の中で、図４に示すように山谷の稜線２８に沿って仕切板２９、３０を入れる発明を行っている。しかしその目的は隣の山谷が発する振動や音波の影響を遮断して、音圧周波数特性をフラットにする事にある。本発明者は、当時振動板１５のアコーディオン形状を維持して保持するためには、あくまでも横端２３を横枠２０に固定する必要があると考えていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、図４に示す従来の圧電スピーカーの振動板１５の横端２３は、交番信号が入力して電極２６、２７に電圧が印可すると、山谷の頂点以外は動くべき個所である。しかるに横枠２０に固定するために、横端２３付近は動けないので、動作が制限されてしまう。一方振動板１５の中央付近は図５で示すように自由に動くために、動作の不連続領域ができて歪になり、音質が低下する原因になる。ところで圧電スピーカーの横端２３をフリーにできないのは、次の２つの理由がある。一つは高い温度で成型すると、圧電特性が極端に低下してしまうので１００℃以下の温度で成型する事になり、アコーディオン形状が広がって安定した形状の振動板が作成できない。二つ目は図４に示す横端２３をフリーエッジにした場合、各電極に横枠２０を通して電気信号を入力する事ができなくなり、電極端子３１に接続する電極リード端子３２に集中的に電流を流す事になる。その結果、アルミ等の蒸着で形成した狭くて薄い電極リード端子３２が断線する問題が起こる。
【００１１】一方ハイルスピーカーにおいては、振動板にＰＥＴなど成型性の良いプラスチックが使用されている内は横端をフリーエッジにしても、アコーディオン形状が崩れる事がないので問題はない。しかし、いざ音質変更目的に成型性の悪い材料を使用すると、アコーディオン形状が崩れてしまう問題が発生するのは同じである。また、大きな電流が流れるウーハー等では、図２で示す電極５や電極リード６が断線する同様の問題が発生するので、流れる電流の小さな高音用のツィーターしか実用化されていない。
【００１２】従って上記説明したアコーディオン形状の振動板を保有するハイルスピーカーと同様の動作をするスピーカーにおいては、振動板の横端と中央付近の動作に不連続な領域が発生しないようにする事が課題になる。またそのために横端をフリーエッジにした場合は、振動板のアコーディオン形状が崩れないように保持する事が課題になる。さらに、大きな電流が流れても電極や電極リードが断線しないようにする事も重要な課題である。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため、本発明はアコーディオン形状に成型した振動板と、振動板を固定する枠を保有する圧電スピーカーやハイルスピーカーにおいて、次のを三つの特徴を有する技術的手段を発明した。
【００１４】即ち、発明の実施の形態に対応する図６中の符号を用いてこれを説明すると、一つは振動板３３の波状になった横端３４を横枠３５に固定しないでフリーエッジにする事。二つ目は、アコーディオン形状の振動板３３の山谷の稜線３６に沿って支持体である丸棒３７を挿入し、丸棒３７を横枠３５、３８に固定する事で、振動板のアコーディオン形状を保持する事。三つ目は振動板３３の動作に寄与しない部分を固定部３９として枠５５に固定し、電極４０への外部からの電気的接続は、その固定部３９に設けた接続点から行う事である。
【００１５】また、本発明は振動板３３の内、動作しない縦端を固定部３９として縦枠５３に固定し、固定部３９に設けた接続点である電極リード端子４１から縦枠５３に設けた電極端子４２に電気的接続をとる特徴がある。
【００１６】また、本発明は図７において、横枠に付けたリード線４３を、支持体である仕切板４４に付けた接続体４５と接続すると共に、接続体４５と振動板の頂上部に形成した電極の頂点４６を接続点として接触させて電気的に接続する特徴がある。頂点４６は電気信号が印可されても動かない場所なので固定部であり、接続体４５と接触している頂点４６を導電性の接着剤等で固定しても、フリーエッジである横端４７の動きを妨げない。従って横端４７がフリーエッジである本発明の特徴から逸脱するものではない。
【００１７】また、本発明は、図８のごとくリード線４８を横枠４９の外に設け、接続体である金属丸棒５０は、横枠４９を貫通して電極５１の頂点５２に接触するようにした特徴がある。
【００１８】
【発明の実施の形態】次に、添付図面に従い、本発明の第１の実施形態を詳細に説明する。図６は本発明の第１の実施形態における圧電スピーカーの斜視図である。図６に示されるように、縦枠５３、５４と横枠３５、３８を合わせて枠５５を形成し、縦枠５３、５４に並行に振動板の支持体である丸棒３７を２枚の横枠３５、３８間に渡して、横枠３５、３８に固定する。図６では複数の丸棒３７を渡しているが、丸棒３７は１本でも趣旨は同じである。尚、丸棒３７は四角棒であっても、長方形状の板であっても、本発明の趣旨に変りはない。次いで振動板３３を隣り合う丸棒３７間に通してアコーディオン形状に形を整える。そして、振動板３３の縦端３９、５６を縦枠５３、５４に両面テープ等で固定する。
【００１９】ここで振動板３３は、分極方向を対抗させるように２枚の圧電フィルムを貼り合わせバイモルフとし、図６に斜線で示すように、両面に長方形の電極を重なるように形成している。
【００２０】そして長方形の電極４０の稜線３６が丸棒３７の中心位置にくるように、振動板３３のアコーディオン形状を作成している。また振動板３３の波形状になった横端３４は横枠３５に固定しないで、フリーエッジになっている。同様に横端５７も横枠３８に固定しないでフリーエッジになっている。長方形の各電極４０は電極リード５８で並列に連結されていて、固定部５６にある電極リード端子５９まで伸びて、電極端子６０が接続する。
【００２１】図６で示すスピーカーは高音用のツィーターユニットとして設計した小型のモデルであって、振動板３３の山谷の深さを浅くし、振動板３３の面積を小さく設計してある。すると静電容量が小くなり、大きな電流が流れないので一対の電極端子４２、６０に集中して高音信号を入力しても、電極リード端子４１、５９が断線する恐れはない。
【００２２】従来ツイーターのように小型で、山谷の深さの浅い振動板３３は成型した後の形状維持が困難で、アコーディオン形状を保ったまま枠５５に固定するのが極めて困難であった。しかし本実施の形態では丸棒３７に通すだけで、安定したアコーディオン形状を保持する事ができる上、波状の横端３４、５７を横枠３５、３８に固定する作業を省略できる。また縦枠５３に付けた縦端の固定部３９で電極端子４２との電気的接続をとるので、電気的接続が振動板の動作を妨げる事はない。従って歪の少ない音響特性になる効果がある。
【００２３】次に図７に示す第２の実施形態は、低音用のウーハーユニットとして設計したモデルである。ウーハーでは大きな低音信号が入力すると、比較的大きな電流が流れて電極リード６１が断線する恐れがあるので、断線を防ぐ発明を導入している。
【００２４】先ず、図７に示すように、横枠６２、６３と縦枠６４、６５を合わせて枠とし、複数の仕切板４４を縦枠６４に並行に、横枠６２、６３に固定する。次にアコーディオン形状に成型した振動板６６を仕切板４４の間に挿入する。この時振動板６６のアコーディオン形状は崩れて広がっているので、広がった形状を修正しながら挿入する必要がある。次に上の仕切板６７で稜線６８を押さえて、仕切板６７を横枠６２、６３に固定する。従って、振動板６６の横端４７、６９は横枠６３、６２との間に隙間ができて、フリーエッジになる。
【００２５】次に、仕切板４４、６７に配設した仕切板電極４５、７０を電極の頂点４６、７２に接続し、さらに仕切板電極４５、７０をリード線４３、７３に接続する。図７では一対の仕切板４４、６７にだけ仕切板電極４５、７０を配設しているが、他の仕切板にも仕切板電極を配設すると、電極リード端子７４、７５への電流を分散して、電極リード端子７４、７５や電極リード６１の断線を防止する事ができる。また図７では振動板６６の山の稜線６８にだけ、仕切板４４、６７を渡しているが、図には示していないが、さらに谷の稜線にも仕切板を渡す事で、アコーディオン形状をより安定に保つ事ができる。
【００２６】ところで図５で説明したように、山谷の稜線６８は交番信号が入力しても動かない場所であり、仕切板４４、６７等の支持体で押さえても、振動板６６の動作を妨げるものではない、同様に波形状の横端４７、６９の動作を妨げるものでもない。従って外部信号を導入する電気的接続点である頂点４６、７２は、固定部と見なす事ができるので、本発明の特徴であるフリーエッジ構造を逸脱するものではない。
【００２７】さて、電気的接続をとる場合、接触させるだけでは、接続不良が発生するので、接続点に導電性接着剤を塗布している。第２の実施形態では、図７に示すように、仕切板電極４５、７０と電極の頂点４６、７２、および仕切板電極４５、７０とリード線４３、７３を接続する点が接続点になる。いずれもスピーカーユニットの内部に存在するので、導電性接着剤を塗布する時、導電性接着剤が流れて振動板上の電極パターンで、極性が逆の電極が短絡するなどの事故や接続不良が起きやすく、作業に細心の注意が必要で製造コストを押し上げる要因になっている。
そこで、図８に示す第３の実施形態は、第２の実施形態における、電気的接続の作業を容易にし、信頼性を高める発明の構造にしている。図８は図７の一点鎖線で囲った領域７６を第３の実施形態にして拡大した図であるが、仕切板７７と斜線で示す電極５１の頂点５２の間にスペース７８を空け、接続体であるアルミ等の金属丸棒５０を横枠４９の外から、横枠４９を貫通してスペース７８に挿入し、電極５１の頂点５２に接触させる。頂点５２は図５で説明したように振動板６６の動作に影響を与えない固定部である。次いで、金属丸棒５０を横枠４９の外部に設けたリード線４８に接続する。
【００２８】上記工程の作業をする場合、あらかじめ金属棒５０に導電性接着剤を塗布して、横枠４９を貫通してスペース７８に挿入すると、頂点５２と金属丸棒５０が接触する部分付近７９だけが導電性接着剤で接続するので、振動板６６に形成された電極パターン上で、近接した極性の異なる電極が導電性接着剤でブリッジされてショートするなどの事故を容易に防ぐ事ができる。またリード線４８は横枠４９の外部に設置しているので、金属丸棒５０とリード線４８を導電性接着剤で接続する作業が容易になる上、接続不良をチェックする作業も容易になる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は次の効果を奏する。
【００３０】以上詳述した如く、アコーディオン形状に成型した振動板を有する図４に示す従来の圧電スピーカーにおいて、横端２３を横枠２０に固定しているため、振動板１５の動作領域を狭めてしまい、それだけ電気音響変換効率を阻害してしまう事。および動作しない横端２３と動作する中央部の間に動作の不連続領域ができて、音響歪みが発生して音質を低下させる問題があった。
【００３１】そこで横端２３を横枠２０に固定しないフリーエッジにすると、今度はアコーディオン形状に成型した振動板が広がって振動板１５全体がが反り返り、安定したアコーディオン形状が得られない問題が発生していた。
【００３２】しかし、図６で示すように、本発明の特徴である横枠３５、３８に渡した支持体である丸棒３７で振動板３３の山谷の稜線３６を保持すると、横端３４をフリーエッジにしても、音響特性を阻害しないどころか、良くなる方向で、成型したアコーディオン形状をそのまま保持できる事を今回始めて発見し、効果を確認した。
【００３３】その結果を図９に示す。図９は、図４で示す横端を横枠に固定する従来の圧電スピーカーの音圧周波数特性８０と、図７で示す横端をフリーエッジにする本発明の音圧周波数特性８１を比較したものである。図９では、横端４７、６９をフリーエッジにする本発明の音圧周波数特性８１の方が、横端２３、８２を横枠２０、１９に固定する従来の圧電スピーカーの音圧周波数特性８０より音圧が３デシベル上昇し、ディップとなって現れる歪み８３も低減している事が分かる。
【００３４】また図６で示すツイーターの作成のように、成型しなくとも支持体にアコーディオン状に通すだけでスピーカーユニットを組み立てができるので、製造コストを下げる効果は大きい。
【００３５】またウーハーの製造においても、図８の構造にすると、横枠４９の外部から接続体である金属丸棒５０に導電性接着剤を塗布して挿入するだけで、電極５１との電気的接続が可能になる。このことは、導電性接着剤を使用する電極５１との電気的接続を容易にし、製造におけるコストを下げる効果が大きい。
【００３６】即ち、振動板との電気的接続は、動作しない固定部である縦端や山谷の頂点で行う事。そして固定部以外の横端は、横枠に固定しないフリーエッジにする事。振動板のアコーディオン形状を保持するのは、振動板の頂上部の稜線に沿って横枠間に渡した支持体で行う事。以上、３つの特徴を構成要素とする事で、電気音響変換効率を良くし、歪みを低減し、製造コストを下げる効果を得た。
【００３７】また本発明の圧電スピーカーは、圧電フィルム自身に駆動力があり、振動板の山谷に形成した長方形の電極を並列に接続する。一方、ハイルスピーカーは、壁に形成した長方形の電極を直列に接続し、マグネットによって駆動力を得る。このような違いがあが、振動板の基本的な構成と動作は同じである。従ってこれまで説明してきた発明の構成はハイルスピーカーにも適用でき、圧電スピーカーで得られた効果と同様な効果が得られる。
【００３８】さらには、振動板に変位を与えると電気を発生するマイク、あるいはヘッドフォン等の他の電気音響変換機器でも本発明と同じ構成を採用すると、電気音響変換効率を良くし、歪みを低減し、コストを下げるといった同じ効果を得る事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のリボンスピーカーの斜視図である。
【図２】従来のハイルスピーカーの斜視図である。
【図３】ハイルスピーカーの動作原理を示す正面図。
【図４】従来のアコーディオン形状圧電スピーカーの斜視図である。
【図５】アコーディオン形状圧電スピーカーの動作原理を示す正面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態の圧電スピーカーの斜視図である。
【図７】本発明の第２の実施形態の圧電スピーカーの斜視図である。
【図８】本発明の第３の実施形態の圧電スピーカーの斜視図である。
【図９】本発明の効果を示す音圧周波数特性である。
【符号の説明】
１はリボンスピーカーの振動板
２はマグネット
３は電極端子
４はハイルスピーカーの振動板
５は電極
１３は電極
１５は圧電スピーカーの振動板
１７は縦枠
２０は横枠
３７は丸棒
４２は電極端子
４３はリード線
４４は仕切板
４５は仕切板電極
５０は金属丸棒
５８は電極リード
【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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