(57)【要約】【課題】  圧電フィルムを使用することによって、平面的でかつ薄型の圧電フィルム音響変換装置を提供する。【解決手段】  圧電フィルム２０ａの伸縮方向の両端にテンションを与えてフレーム１０ａに固定し、一方、圧電フィルム２０ａに対向して、振動膜３０ａにテンションを与えてフレーム１０ａに固定し、さらに圧電フィルム２０ａと振動膜３０ａの間に駒４０ａを配置することにより、圧電フィルム２０ａに加えた音響的な電気信号による振動を、駒４０ａを介して振動膜３０ａに伝えることにより音響振動に変換する。【選択図】    図１
2012054851.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレームと、
音響的な電気信号により伸縮する、フィルム伸縮方向の両端にテンションを与えて、上記フレームに固定された圧電フィルムと、
該圧電フィルムに対向して、膜にテンションを与えて、同じく上記フレームに固定された振動膜と、
上記圧電フィルムと振動膜の間に配置された駒とを有すると共に、
音響的な電気信号を加えて、圧電フィルムを駆動させ生じさせた振動を、該駒を介して振動膜に伝え、音響振動に変換することを特徴とする圧電フィルム音響変換装置。
【請求項２】
上記駒を、圧電フィルムと振動膜の間の２以上の箇所に、間隔を開けて並べて配置したことを特徴とする請求項１記載の圧電フィルム音響変換装置。
【請求項３】
上記圧電フィルムと振動膜を任意の部分で接着し、該接着部分を駒として、圧電フィルムに加えた音響的な電気信号により生じさせた振動を、該駒を介して振動膜に伝え、音響振動に変換することを特徴とする請求項１記載の圧電フィルム音響変換装置。
【請求項４】
フレームと、
音響的な電気信号により伸縮する、フィルム伸縮方向の両端にテンションを与えて、上記フレームに固定された第１の圧電フィルムと、
第１の圧電フィルムに対向して、膜にテンションを与えて、同じく上記フレームに固定された振動膜と、
上記第１の圧電フィルムと振動膜の間に配置された駒と、
上記振動膜の内側であって、フィルム伸縮方向の両端にテンションを与えて、上記フレームに固定された第２の圧電フィルムとを有すると共に、
第１の圧電フィルムと逆の電気極性で第２の圧電フィルムを駆動することで、第１の圧電フィルムの伸縮と逆の伸縮動作を行わせて、駒を介して振動膜に伝わる第１の圧電フィルムの振動を、増強せしめることを特徴とする圧電フィルム音響変換装置。
【請求項５】
第２の圧電フィルムと振動膜とを一体とすることを特徴とする請求項４記載の圧電フィルム音響変換装置。
【請求項６】
フレームと、
音響的な電気信号により伸縮する、フィルム伸縮方向の両端にテンションを与えて、上記フレームに固定された第１の圧電フィルムと、
第１の圧電フィルムに対向して、その反対側に、フィルム伸縮方向の両端にテンションを与えて、上記フレームに固定された第２の圧電フィルムと、
第１及び第２の圧電フィルムの間に、膜にテンションを与えて、同じく上記フレームに固定された振動膜と、
上記第１及び第２の圧電フィルムと振動膜との間に夫々配置された駒とを有すると共に、
第１の圧電フィルムと逆の電気極性で第２の圧電フィルムを駆動することで、第１の圧電フィルムの伸縮と逆の伸縮動作を行わせて、上記夫々の駒を介して振動膜に伝わる第１及び第２の圧電フィルムの振動を、増強せしめることを特徴とする圧電フィルム音響変換装置。
【請求項７】
ポリフッ化ビニリデン樹脂を、圧電フィルム素材として用いることを特徴とする請求項１〜６いずれか１つに記載の圧電フィルム音響変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電フィルムを使用した音響変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電フィルムは、ポリフッ化ビニリデン樹脂（PVDF）の一軸延伸フィルムを、高電圧で分極処理したもので、フィルムの延伸方向と厚さ方向に大きな圧電性を持つ。
【０００３】
このような圧電フィルムの特性を利用して、様々なスピーカが考案され、実際に販売されている。
【０００４】
基本的には２つの方法に大別され、１つは図８に示されるように、圧電フィルム２６を湾曲させて振動させる方法（下記特許文献１参照）で、韓国のＦＩＬＳ社が製品化している。
【０００５】
もう一つは、図９に示されるように、圧電フィルム２８を波板状（アコーディオン状）に折り曲げて、山谷の広がりと縮みを利用して振動させる方法（下記特許文献２や特許文献３参照）であって、エルメック社が製品化している。
【０００６】
これらの方法は、いずれも圧電フィルム２６や２８そのものを振動させ、自身が振動膜として音を放出するという構造である。
【特許文献１】特開昭６３−１７６０９８号
【特許文献２】特開昭６０−１６０２９９号
【特許文献３】特許第３８９８７１６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の圧電フィルムを使用したスピーカで、１つ目の圧電フィルム２６を湾曲させる方式のものは、形状が湾曲したものしかできず、真っ平らで薄いスピーカにすることができなかった。
【０００８】
また２つ目の圧電フィルム２８が波板状に形成されたものは、山谷の高さが有る程度必要であるため、薄型（数ｍｍ程度）のスピーカにすることができなかった。
【０００９】
本発明は、以上のような問題に鑑み創案されたもので、前述の２つの方法によらず新しい構造で圧電フィルムを使用することによって、平面的でかつ薄型の圧電フィルム音響変換装置を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の構成は、
フレームと、
音響的な電気信号により伸縮する、フィルム伸縮方向の両端にテンションを与えて、上記フレームに固定された圧電フィルムと、
該圧電フィルムに対向して、膜にテンションを与えて、同じく上記フレームに固定された振動膜と、
上記圧電フィルムと振動膜の間に配置された駒とを有すると共に、
音響的な電気信号を加えて、圧電フィルムを駆動させ生じさせた振動を、該駒を介して振動膜に伝え、音響振動に変換することを基本的特徴としている。
【００１１】
上記構成によれば、圧電フィルムに加えられた振動が、駒を介して振動膜に伝えられ、該振動膜によって楽音を響かせることになる。特に今回の方式は、ピアノやギター等の発音のように、弦の振動が駒を介して響板に伝えられて、音を響かせるという原理に基づいた発音方法に相似している。このような構造を取ることによって、平面的でかつ薄型の圧電フィルム音響変換装置を提供することが可能となる。
【００１２】
後述するように、上記駒を、圧電フィルムと振動膜の間の２以上の箇所に、間隔を開けて並べて配置することで、２つの駒と駒の間は完全な平面波が生ずることになる。
【００１３】
上記圧電フィルムと振動膜を任意の部分で接着し、該接着部分を駒として（或いは駒を極端に薄い物にしても同じ）、圧電フィルムに加えた音響的な電気信号により生じさせた振動を、該駒を介して振動膜に伝え、音響振動に変換するようにしても良い。最初の構成の物とは、圧電フィルムによって振動膜を押す動きなのか（最初の提案）、引っ張る動きなのか（２番目の提案）という点で異なるが、同様に圧電フィルムの振動は、駒部を介して振動膜に伝えることが可能である。
【００１４】
さらに、
フレームと、
音響的な電気信号により伸縮する、フィルム伸縮方向の両端にテンションを与えて、上記フレームに固定された第１の圧電フィルムと、
第１の圧電フィルムに対向して、膜にテンションを与えて、同じく上記フレームに固定された振動膜と、
上記第１の圧電フィルムと振動膜の間に配置された駒と、
上記振動膜の内側であって、フィルム伸縮方向の両端にテンションを与えて、上記フレームに固定された第２の圧電フィルムとを有すると共に、
第１の圧電フィルムと逆の電気極性で第２の圧電フィルムを駆動することで、第１の圧電フィルムの伸縮と逆の伸縮動作を行わせて、駒を介して振動膜に伝わる第１の圧電フィルムの振動を、増強せしめることを特徴とするものも提案する。
【００１５】
上記構成によれば、第１の圧電フィルムの伸縮と逆の伸縮動作を第２の圧電フィルムに行わしめることによって、平面的に見た場合、両フィルムが同じ方向に振動することになるため、駒を介して振動膜に伝わる第１の圧電フィルムの振動が、増強せしめられることになる。
【００１６】
もちろん、そのような第２の圧電フィルムと振動膜とを一体としても良い（振動膜を無くしても良い）。この場合、圧電フィルムが振動膜として動作する。
【００１７】
加えて、
フレームと、
音響的な電気信号により伸縮する、フィルム伸縮方向の両端にテンションを与えて、上記フレームに固定された第１の圧電フィルムと、
第１の圧電フィルムに対向して、その反対側に、フィルム伸縮方向の両端にテンションを与えて、上記フレームに固定された第２の圧電フィルムと、
第１及び第２の圧電フィルムの間に、膜にテンションを与えて、同じく上記フレームに固定された振動膜と、
上記第１及び第２の圧電フィルムと振動膜との間に夫々配置された駒とを有すると共に、
第１の圧電フィルムと逆の電気極性で第２の圧電フィルムを駆動することで、第１の圧電フィルムの伸縮と逆の伸縮動作を行わせて、上記夫々の駒を介して振動膜に伝わる第１及び第２の圧電フィルムの振動を、増強せしめることについても提案する。
【００１８】
上記構成によれば、第１の圧電フィルムと逆の電気極性で第２の圧電フィルムを駆動することで、第１の圧電フィルムの伸縮と逆の伸縮動作を第２の圧電フィルムに行わしめることによって、平面的に見た場合、両フィルムが同じ方向に振動することになるため、上記夫々の駒を介して振動膜に伝わる第１及び第２の圧電フィルムの振動が、増強せしめられることになる。
【発明の効果】
【００１９】
以上のような本発明の構成によれば、薄型で軽量な音響変換装置を提供することが可能となるという優れた効果を奏し得る。
【００２０】
以上の効果はもとより、圧電フィルムを振動膜として使用しないため、振動膜の材質や形状、張り方（テンション）を変えたり、駒の位置や形状を変えることで、音質や音量を変更することができるようになる。
【００２１】
また、一般的に圧電フィルムの製造が難しいことから非常に高価であるが、圧電フィルムの大きさを振動膜より小さくできるため使用量を少なく出来、製造コストを安くすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づき説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１〜図３は、本発明の圧電フィルム音響変換装置に係る薄型スピーカの一実施例を示している。
【００２４】
同１に示すように、本実施例に係る圧電フィルム音響変換装置の構成は、フレーム１０ａと、圧電フィルム２０ａと、振動膜３０ａと、駒４０ａとを有している。
【００２５】
そして、圧電フィルム２０ａに音響的な電気信号を加えて、該圧電フィルム２０ａを駆動させ、そこで生じさせた振動を、上記駒４０ａを介して、振動膜３０ａに伝え、音響振動に変換させ、振動膜３０ａから、楽音を生ぜしめることになる。
【００２６】
上記フレーム１０ａは、例えば鉄やアルミニウム、木、プラスチック、発泡スチロールなどの強度を保てる素材で作られており、本実施例では、図２に示すように、穴の空いた長方形のフレームで構成されている。
【００２７】
また圧電フィルム２０ａは、音響的な電気信号により伸縮する性質を有しており、フィルム伸縮方向の両端にテンションを与えて、上記フレーム１０ａに固定されている。すなわち、上述したように、ポリフッ化ビニリデン樹脂（PVDF）の一軸延伸フィルムを高電圧で分極処理したもので、フィルムの延伸方向と厚さ方向に大きな圧電性を持つ素材で構成されており、音響的な電気信号により伸縮する性質を有している。本実施例では、厚さ方向に電圧を加えることで、延伸方向に伸び縮みするフィルムであって、電圧をかけるために、フィルム表面に電極をコーティング（スパッタリングや、シルクスクリーン印刷により形成されたもの）したものが使用されている。
【００２８】
振動膜３０ａは、プラスチックフィルムなどの薄くて軽くて伸縮性のある素材が使用されており、上記圧電フィルム２０ａに対向して、膜にテンションが与えられて、同じく上記フレーム１０ａに固定されている。
【００２９】
駒４０ａは、発泡スチロール、段ボール紙或いはバルサ材などの軽くて強度のある素材が使用されており、上記圧電フィルム２０ａと振動膜３０ａとの間に配置される。
【００３０】
上記圧電フィルム２０ａと振動膜３０ａのフレーム１０ａへの固定については、圧電フィルム２０ａにつき、該フィルムの伸縮方向の両端を張力を持ってフレーム１０ａに固定し、その背面に振動膜３０ａの両端（圧電フィルムの固定端側）をテンションをかけて張力を持って、同じくフレーム１０ａに固定している。また、振動膜３０ａの固定していない両端（図２では上辺と下辺）は、フレーム１０ａに、不織布や薄手のスポンジなどの柔らかい素材が貼り付けられたり、スピーカエッジなどに使用されるウレタンやダンパ素材でフレーム１０ａに取り付けられており、それによって、ビリなどが起きないように工夫されている。
【００３１】
これらの動作原理について、次に説明する。圧電フィルム２０ａに、アンプなどから音響的な電気信号（電圧）が加えられると、該圧電フィルム２０ａは、電圧に応じて伸縮する。この伸縮により、圧電フィルム２０ａの平面に対して垂直方向に振動が起きる。取り付けられた駒４０ａは、圧電フィルム２０ａが縮む時には、駒４０ａを押し上げ、伸びる時には、駒４０ａを押し下げるように動く。この振動は、駒４０ａを介して振動膜３０ａに伝えられる。振動膜３０ａは、駒４０ａの振動により、振動膜全体が振動し音として放音する。このような動作原理は、ピアノやギター等の発音のように、弦の振動が駒を介して響板に伝えられて、音を響かせるという原理に基づいた発音方法に相似している。
【００３２】
図３は、図１の圧電フィルム２０ａと振動膜３０ａのフレーム１０ａへの固定の仕方につき、２つ割のフレーム１０ａの間に、圧電フィルム２０ａと振動膜３０ａの両端を挟んで固定した構成のものを示している。
【実施例２】
【００３３】
図４は、本発明に係る圧電フィルム音響変換装置の別の実施例構成を示している。実施例１と異なるところは、圧電フィルム２０ｂと振動膜３０ｂの間の２つの箇所に、駒４２ｂ及び４２ｃを、間隔を開けて並べて配置している点である。このような構成とすることで、２つの駒４２ｂと駒４２ｃの間からは、完全な平面波が生ずることになる。
【実施例３】
【００３４】
図５は、本発明に係る圧電フィルム音響変換装置の他の実施例構成を示している。実施例１と異なるところは、圧電フィルム２０ｃと振動膜３０ｃを任意の部分で接着し、該接着部分を駒４０ｃとして（或いは駒４０ｃを極端に薄い物にして）、圧電フィルム２０ｃに加えた音響的な電気信号により生じさせた振動を、該駒４０ｃを介して振動膜３０ｃに伝え、音響振動に変換するようにしている点である。実施例１の構成とは、圧電フィルムによって振動膜を押す動きなのか（実施例１の構成）、引っ張る動きなのか（本実施例構成）という点で異なるが、同様に圧電フィルム２０ｃの振動は、駒部４０ｃを介して振動膜に伝えることが可能である。
【実施例４】
【００３５】
図６は、本発明に係る圧電フィルム音響変換装置のさらに別の実施例構成を示している。本実施例と次の実施例構成は、２枚の圧電フィルムを組み合わせたバイモルフタイプの構成である。
【００３６】
本実施例構成では、フレーム１０ｄと、音響的な電気信号により伸縮する、フィルム伸縮方向の両端にテンションを与えて、上記フレーム１０ｄに固定された第１の圧電フィルム２２ｄと、第１の圧電フィルム２２ｄに対向して、膜にテンションを与えて、同じく上記フレーム１０ｄに固定された振動膜３０ｄと、上記第１の圧電フィルム２２ｄと振動膜３０ｄの間に配置された駒４０ｄと、上記振動膜３０ｄの内側であって、フィルム伸縮方向の両端にテンションを与えて、上記フレーム１０ｄに固定された第２の圧電フィルム２２ｅとを有している。
【００３７】
そのような構成で、第１の圧電フィルム２２ｄと逆の電気極性で第２の圧電フィルム２２ｅを駆動することで、第１の圧電フィルム２２ｄの伸縮と逆の伸縮動作を第２の圧電フィルム２２ｅに行わせて、駒４０ｄを介して振動膜３０ｄに伝わる第１の圧電フィルム２２ｄの振動を、増強せしめる構成としている。
【００３８】
本構成では、振動膜３０ｄに圧電フィルム２２ｅが貼り付けられ、圧電フィルム２２ｄと逆の振動を起こすように電圧がかけられる。すなわち、圧電フィルム２２ｄと逆の方向に電圧がかけれられるようにする。圧電フィルムは、厚み方向に分極されており、圧電フィルム２２ｄと圧電フィルム２２ｅに加える電圧の電極を逆にすることで、逆の振動、つまり圧電フィルム２２ｄが伸びる時には、圧電フィルム２２ｅは縮み、圧電フィルム２２ｄが縮む時には、圧電フィルム２２ｅは伸びるという、動きとなる。これは、バイモルフと呼ばれる構造である。また、圧電フィルム２２ｅの大きさを、振動膜３０ｄと同じにして、該振動膜３０ｄを無くしても良い。この場合、圧電フィルム２２ｅが振動膜３０ｄとして動作する。
【００３９】
上記構成によれば、第１の圧電フィルム２２ｄの伸縮と逆の伸縮動作を第２の圧電フィルム２２ｅに行わしめることによって、平面的に見た場合、両フィルムが同じ方向に振動することになるため、駒４０ｄを介して振動膜３０ｄに伝わる第１の圧電フィルム２２ｄの振動が、増強せしめられることになる。
【実施例５】
【００４０】
図７は、本発明に係る圧電フィルム音響変換装置のさらに他の実施例構成を示している。本実施例は、上記実施例構成と同じ、２枚の圧電フィルムを組み合わせたバイモルフタイプの構成である。ただし、後述するように、振動膜３０ｅを第１の圧電フィルム２４ｆと第２の圧電フィルム２４ｇで挟むような形式で構成している。
【００４１】
本実施例構成では、フレーム１０ｅと、音響的な電気信号により伸縮する、フィルム伸縮方向の両端にテンションを与えて、上記フレーム１０ｅに固定された第１の圧電フィルム２４ｆと、第１の圧電フィルム２４ｆに対向して、その反対側に、フィルム伸縮方向の両端にテンションを与えて、上記フレーム１０ｅに固定された第２の圧電フィルム２４ｇと、第１及び第２の圧電フィルム２４ｆ、２４ｇの間に、膜にテンションを与えて、同じく上記フレーム１０ｅに固定された振動膜３０ｅと、上記第１及び第２の圧電フィルム２４ｆ、２４ｇと振動膜３０ｅとの間に夫々配置された駒４２ｅ及び４２ｆとを有している。
【００４２】
そして、第１の圧電フィルム２４ｆと逆の電気極性で第２の圧電フィルム２４ｇを駆動することで、第１の圧電フィルム２４ｆの伸縮と逆の伸縮動作を第２の圧電フィルム２４ｇに行わせて、上記夫々の駒４２ｅ及び４２ｆを介して振動膜３０ｅに伝わる第１及び第２の圧電フィルム２４ｆ、２４ｇの振動を、増強せしめる構成としている。
【００４３】
以上の構成では、第１の圧電フィルム２４ｆと逆の電気極性で第２の圧電フィルム２４ｇを駆動することで、第１の圧電フィルム２４ｆの伸縮と逆の伸縮動作を第２の圧電フィルム２４ｇに行わしめることによって、平面的に見た場合、両フィルムが同じ方向に振動することになるため、上記夫々の駒４２ｅ及び４２ｆを介して振動膜３０ｅに伝わる第１及び第２の圧電フィルム２４ｆ、２４ｇの振動が、増強せしめられることになる。
【００４４】
以上詳述したこれらの実施例構成によれば、薄型で軽量な音響変換装置を提供することはもとより、圧電フィルムを振動膜として使用しないため（実施例４の圧電フィルムと振動膜とを同じにした場合を除く）、振動膜の材質や形状、張り方（テンション）を変えたり、駒の位置や形状を変えることで音質や音量を変更することができる。また、一般的に圧電フィルムの製造が難しいことから非常に高価であるが、圧電フィルムの大きさを振動膜より小さくできるため使用量を少なく出来、製造コストを安くすることが可能となる。
【００４５】
尚、本発明の圧電フィルム音響変換装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の圧電フィルム音響変換装置は、通常の平面スピーカとしての使用のみならず、各空間をしけるパーティションや部屋の壁材としても使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の圧電フィルム音響変換装置に係る薄型スピーカの実施例１の構成を示す平面図である。
【図２】上記実施例１の構成を説明する斜視図である。
【図３】上記実施例１の変形した態様を示す説明図である。
【図４】実施例２の構成を示す説明図である。
【図５】実施例３の構成を示す説明図である。
【図６】実施例４の構成を示す説明図である。
【図７】実施例５の構成を示す説明図である。
【図８】圧電フィルム２６を湾曲させて振動させる従来構成の一例を示す従来図である。
【図９】圧電フィルム２８を波板状に折り曲げて、山谷の広がりと縮みを利用して振動させる従来構成の他の例を示す従来図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ                  フレーム
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２４ｆ、２４ｇ  圧電フィルム
２６、２８                                              圧電フィルム
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ                  振動膜
４０ａ、４０ｃ、４０ｄ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｅ、４２ｆ  駒
【図１】
2012054851.tif 000003
【図２】
2012054851.tif 000004
【図３】
2012054851.tif 000005
【図４】
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【図５】
2012054851.tif 000007
【図６】
2012054851.tif 000008
【図７】
2012054851.tif 000009
【図８】
2012054851.tif 000010
【図９】
2012054851.tif 000011