(57)【要約】【課題】振動体と振動体を挟む部材との電位差を安全に大きくとることができる静電型スピーカを提供する。【解決手段】入力部６０は変圧器５０の一次側に接続されている。また、バイアス電源７０のマイナス側は振動体１０に接続され、バイアス電源７０のプラス側は変圧器５０の２次側の中点（センタータップ）と接続されており、２つの電極２０はそれぞれ変圧器５０の２次側の一端および他端に接続されている。また、電極２０Ｕの振動体１０側にはエレクトレット４０Ｕが固着され、電極２０Ｌの振動体１０側にはエレクトレット４０Ｌが固着されている。バイアス電源７０の電圧Ｅ１と振動体１０Ａの電圧Ｅ２とを加算した電圧（Ｅ１＋Ｅ２）が、バイアス電源７０のマイナス側と電極２０Ｕ（振動体１０Ａと電極２０Ｌ）との間の電圧差となる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性を有する第１電極と、
導電性を有し前記第１電極に対向して離間配置された第２電極と、
導電性を有し、前記第１電極と前記第２電極との間において前記第１電極および前記第２電極と離間して位置する振動体と、
前記第１電極の前記振動体側に固着された第１エレクトレットと、
前記第２電極の前記振動体側に固着された第２エレクトレットと、
前記第１電極と前記第２電極とに接続された直流電源と
を有する静電型スピーカ。
【請求項２】
前記第１エレクトレットと前記第２エレクトレットとを備えず、
前記振動体はエレクトレットであること
を特徴とする請求項１に記載の静電型スピーカ。
【請求項３】
２次側端子の一端に前記第１電極が接続され、２次側端子のもう一端に前記第２電極が接続され、一次側に音響信号が入力され、２次側にセンタータップを有する変圧器を有し、
前記直流電源は、前記センタータップと前記振動体とに接続されており、前記変圧器を介して前記第１電極と前記第２電極に接続されていること
を特徴とする請求項１に記載の静電型スピーカ。
【請求項４】
前記直流電源は、供給する電圧を調整可能であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の静電型スピーカ。
【請求項５】
２次側端子の一端に前記振動体が接続され、一次側に音響信号が入力される変圧器を有し、
前記直流電源は、
前記変圧器において前記振動体が接続されていない２次側の一端と前記第１電極とに接続された第１直流電源と、
前記変圧器において前記振動体が接続されていない２次側の一端と前記第２電極とに接続された第２直流電源であること
を特徴とする請求項１に記載の静電型スピーカ。
【請求項６】
前記第１直流電源と前記第２直流電源は、供給する電圧を調整可能であることを特徴とする請求項５に記載の静電型スピーカ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電型スピーカに関する。
【背景技術】
【０００２】
静電型スピーカは、間隔を開けて向かい合う２枚の電極と、この２枚の電極の間に挿入された導電性を有するシート状の振動体とから構成されており、振動体に所定のバイアス電圧を印加しておき、電極に印加する電圧を変化させると、振動体に作用する静電力が変化し、これにより振動体が変位する。ここで、この印加電圧を入力される音響信号に応じて変化させれば、それに応じて振動体は変位を繰り返し（すなわち振動し）、音響信号に応じた再生波が振動体から発生する。そして、このような静電型スピーカにおいては、特許文献１に記載されているように、２枚の電極において振動体に対向する面にエレクトレットを配置し、バイアス用の電源を必要としない静電型スピーカも考案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開昭５８−１２０４００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
さて、静電型スピーカにおいては、電極−振動体間の電圧差を大きくすると振動体の感度を高くすることができる。しかしながら、振動体に印加する電圧を高くして電圧差を大きくすると、振動体へ電力を供給する配線を高電圧に耐えられるようにする必要があり、感電防止など安全性の点で工夫が必要となってコスト高となる。
一方、特許文献１に開示されたスピーカの場合、エレクトレット自体の電圧によりエレクトレット−振動体間の電圧差が決定されるため、エレクトレットの電圧を高いものにすれば、配線の安全性については静電型スピーカのような工夫を必要とせず、電圧差を大きくすることができる。しかしながら、エレクトレットの電圧は、エレクトレットを形成する材料やエレクトレットの厚さ、製造時にエレクトレットに印加する電圧などで製造時に決まり、高電圧のものを得るのが難しい。
【０００５】
本発明は、上述した背景の下になされたものであり、振動体と振動体を挟む部材との電位差を安全に大きくとることができる静電型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】
【０００６】
上述した課題を解決するために本発明は、導電性を有する第１電極と、導電性を有し前記第１電極に対向して離間配置された第２電極と、導電性を有し、前記第１電極と前記第２電極との間において前記第１電極および前記第２電極と離間して位置する振動体と、前記第１電極の前記振動体側に固着された第１エレクトレットと、前記第２電極の前記振動体側に固着された第２エレクトレットと、前記第１電極と前記第２電極とに接続された直流電源とを有する静電型スピーカを提供する。
【０００７】
本発明においては、前記第１エレクトレットと前記第２エレクトレットとを備えず、前記振動体はエレクトレットであってもよい。
また、本発明においては、２次側端子の一端に前記第１電極が接続され、２次側端子のもう一端に前記第２電極が接続され、一次側に音響信号が入力され、２次側にセンタータップを有する変圧器を有し、前記直流電源は、前記センタータップと前記振動体とに接続されており、前記変圧器を介して前記第１電極と前記第２電極に接続されていてもよい。
また、本発明においては、前記直流電源は、供給する電圧を調整可能であってもよい。
また、本発明においては、２次側端子の一端に前記振動体が接続され、一次側に音響信号が入力される変圧器を有し、前記直流電源は、前記変圧器において前記振動体が接続されていない２次側の一端と前記第１電極とに接続された第１直流電源と、前記変圧器において前記振動体が接続されていない２次側の一端と前記第２電極とに接続された第２直流電源であってもよい。
また、本発明においては、前記第１直流電源と前記第２直流電源は、供給する電圧を調整可能であってもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電極間の電位差を安全に大きくとることができる静電型スピーカを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
［第１実施形態］
図１は、本発明の一実施形態に係る静電型スピーカ１の外観を模式的に示した図、図２は、静電型スピーカ１の断面図、図３は、静電型スピーカ１の分解斜視図である。図に示したように、この静電型スピーカ１は、振動体１０、電極２０Ｕと電極２０Ｌ、スペーサ３０Ｕとスペーサ３０Ｌ、エレクトレット４０Ｕとエレクトレット４０Ｌとを有している。なお、本実施形態においては、電極２０Ｕ，２０Ｌの構成は同じであり、スペーサ３０Ｕ，３０Ｌの構成は同じであるため、両者を区別する必要が特に無い場合は「Ｌ」および「Ｕ」の記載を省略する。また、図中の振動体、電極、エレクトレット等の各構成要素の寸法は、構成要素の形状を容易に理解できるように実際の寸法とは異ならせてある。また、図中、「○」の中に「・」が記載されたものは図面の裏から表に向かう矢印を意味し、「○」の中に「×」が記載されたものは図面の表から裏に向かう矢印を意味するものとする。
【００１０】
（静電型スピーカ１の各部の構成）
まず、静電型スピーカ１を構成する各部について説明する。振動体１０は、例えば、ＰＥＴ（polyethylene terephthalate、ポリエチレンテレフタレート）、ＰＰ（polypropylene、ポリプロピレン）などのフィルムに、金属膜を蒸着あるいは導電性塗料を塗布したものであり、その厚さは、数μｍ〜数十μｍ程度の厚さとなっている。
【００１１】
スペーサ３０は、絶縁体で形成されており、その形状は図３に示したように角部を有する環状となっている。なお、本実施形態においては、スペーサ３０のＸ方向およびＹ方向の長さと、電極２０のＸ方向およびＹ方向の長さは同じとなっている。また、スペーサ３０Ｕとスペーサ３０ＬのＺ方向の高さは、いずれも同じとなっている。
【００１２】
電極２０は、矩形で板状に形成されており導電性を有している。また、電極２０においては、音響透過性を確保するために、電極２０の表面から裏面に貫通する貫通孔２１が所定間隔で複数設けられている。なお、本実施形態においては、電極２０のＸ方向およびＹ方向の長さと、振動体１０のＸ方向およびＹ方向の長さは同じとなっている。
【００１３】
エレクトレット４０Ｕ，４０Ｌは、フッ素系樹脂（例えば、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体））を加熱溶融し、これに直流の高電圧を加えながら常温にして固化させた後、印加した直流の高電圧を取り除いたものである。エレクトレット４０Ｕ，４０Ｌにおいても、音響透過性を確保するために、エレクトレットの表面から裏面に貫通する貫通孔４１が所定間隔で複数設けられている。
なお、本実施形態においては、エレクトレット４０Ｕ，４０Ｌは負の電圧に帯電している。また、本実施形態においては、エレクトレット４０Ｕ，４０Ｌは矩形の膜状であり、その厚みは１００μｍとなっているが、厚みは５０μｍ〜１２５μｍの範囲内から選択することができる。
【００１４】
（静電型スピーカ１の構造）
次に、静電型スピーカ１の機械的構造について説明する。静電型スピーカ１においては、振動体１０の周縁部がスペーサ３０Ｕとスペーサ３０Ｌとの間に張力が掛からない、所謂テンションレスの状態で挟まれている。また、静電型スピーカ１においては、電極２０Ｕと電極２０Ｌは振動体１０を挟んで対向しており、電極２０Ｕにおいて電極２０Ｌ側に向いている側の面にはエレクトレット４０Ｕが固着され、電極２０Ｌにおいて電極２０Ｕ側に向いている側の面にはエレクトレット４０Ｌが固着されている。
そして、エレクトレット４０Ｕの周縁部がスペーサ３０Ｕに固定され、エレクトレット４０Ｌの周縁部がスペーサ３０Ｌに固定されている。なお、スペーサ３０Ｕとスペーサ３０ＬのＺ方向の高さは同じであるため、振動体１０からエレクトレット４０Ｕまでの距離と、振動体１０からエレクトレット４０Ｌまでの距離は同じとなっており、エレクトレット４０Ｕからエレクトレット４０Ｌまでの距離は、エレクトレットのいずれの位置においても同じとなっている。
【００１５】
（静電型スピーカ１の電気的構成）
次に、静電型スピーカ１の電気的構成について説明する。図２に示したように、静電型スピーカ１は変圧器５０、外部から音響信号が入力される入力部６０、直流バイアスを供給するバイアス電源７０とを備えている。入力部６０は変圧器５０の一次側に接続されている。また、バイアス電源７０のマイナス側は振動体１０に接続され、バイアス電源７０のプラス側は変圧器５０の２次側の中点（センタータップ）と接続されており、２つの電極２０はそれぞれ変圧器５０の２次側の一端および他端に接続されている。
【００１６】
この構成においては、図４に示したように、振動体１０はバイアス電源７０のマイナス側に接続されているため、エレクトレット４０Ｕ，４０Ｌに対向する振動体１０の表面はマイナスとなる。
そして、入力部６０に音響信号が入力されていない状態においては、バイアス電源７０の電圧がＥ１、エレクトレット４０Ｕ，４０Ｌの電圧がＥ２とすると、バイアス電源７０の電圧Ｅ１とエレクトレットの電圧Ｅ２とを加算した電圧（Ｅ１＋Ｅ２）が、振動体１０と電極２０Ｕ（振動体１０と電極２０Ｌ）との間の電圧差となる。ここで、振動体１０と電極２０との間の電圧差は、電圧Ｅ１と電圧Ｅ２を加算した電圧（Ｅ１＋Ｅ２）となり、エレクトレット単体またはバイアス電源単体の時より高い電圧差を得ることができる。
また、Ｅ１＋Ｅ２の電圧差をバイアス電源のみで得ようとすると、バイアス電圧を供給する配線については高電圧に対応する必要があるが、本実施形態によれば、バイアス電源から供給の電圧はＥ１のみとなりＥ１＋Ｅ２より低い電圧である。Ｅ１＋Ｅ２の電圧差をバイアス電源のみで得る場合と比較すると、バイアス電圧を供給する配線についてはより高い電圧に対応させる必要がなく、コストを抑えることができる。
【００１７】
また、入力部６０に音響信号が入力されると、入力された音響信号に応じた電圧が電極２０にそれぞれ印加される。
具体的には、正負の振幅を持つ音響信号が入力部６０に入力され、変圧器５０の２次側において電極２０Ｕに接続されている部分の電圧がセンタータップに対してプラスとなると、電極２０Ｕと振動体１０との間の電圧差は、バイアス電源７０の電圧Ｅ１と、エレクトレット４０Ｕの電圧Ｅ２、および音響信号が変圧器５０で昇圧されて得られる電圧Ｅ３を加算したＥ１＋Ｅ２＋Ｅ３となる。
一方、電極２０Ｌと振動体１０との間の電位差は、バイアス電源７０の電圧Ｅ１と、エレクトレット４０Ｌの電圧Ｅ２とを加算したＥ１＋Ｅ２であり、電極２０Ｕと電極２０Ｌとの間に電位差が生じ、振動体１０が変位する。
なお、本実施形態においては、音響信号の振幅がピークとなった時に変圧器５０から出力される電圧と、バイアス電源７０の電圧Ｅ１とを加算した電圧値が、所定の電圧値を超えないように、バイアス電源７０の電圧Ｅ１が調整されている。
【００１８】
また、正負の振幅を持つ音響信号が入力部６０に入力され、変圧器５０の２次側において電極２０Ｌに接続されている部分の電圧がセンタータップに対してプラスとなると、電極２０Ｌと振動体１０との間の電圧差は、バイアス電源７０の電圧Ｅ１と、エレクトレット４０Ｌの電圧Ｅ２、および音響信号が変圧器５０で昇圧されて得られる電圧Ｅ３を加算したＥ１＋Ｅ２＋Ｅ３となる。
一方、電極２０Ｕと振動体１０との間の電位差は、バイアス電源７０の電圧Ｅ１と、エレクトレット４０Ｕの電圧Ｅ２とを加算したＥ１＋Ｅ２であり、電極２０Ｕと電極２０Ｌとの間に電位差が生じ、振動体１０が変位する。
【００１９】
このように、入力部６０に音響信号が入力されると、振動体１０にはどちらかの電極２０の側へ引き寄せられるような静電力が働く。すなわち、振動体１０は音響信号に応じて同図のＺ方向に変位し(撓み)、その変位方向が逐次変わることによって振動となり、その振動状態（振動数、振幅、位相）に応じた音が振動体１０から発生する。発生した音は、少なくとも一方の電極２０を通り抜けて静電型スピーカ１の外部に放射される。
【００２０】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る静電型スピーカについて説明する。図５は、本実施形態に係る静電型スピーカ１Ａの外観図、図６は、静電型スピーカ１Ａの断面図である。なお、以下の説明においては、本実施形態に係る静電型スピーカ１Ａにおいて第１実施形態と同じ部分については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００２１】
本実施形態に係る静電型スピーカ１Ａは、図に示したように、振動体１０Ａ、電極２０Ｕと電極２０Ｌ、スペーサ３０Ｕとスペーサ３０Ｌとを有している。本実施形態に係る振動体１０Ａは、エレクトレットであり、その形状は矩形で膜状となっている。なお、本実施形態においては、振動体１０Ａは負の電圧に帯電している。
【００２２】
静電型スピーカ１Ａにおいては、振動体１０Ａの周縁部がスペーサ３０Ｕとスペーサ３０Ｌとの間に張力が掛からない、所謂テンションレスの状態で挟まれている。また、静電型スピーカ１Ａにおいては、電極２０Ｕと電極２０Ｌは対向しており、電極２０Ｕはスペーサ３０Ｕに固着され、電極２０Ｌはスペーサ３０Ｌに固着されている。また、静電型スピーカ１Ａにおいては、バイアス電源７０のマイナス側は振動体１０Ａに接続され、バイアス電源７０のプラス側は変圧器５０の２次側の中点（センタータップ）と接続されており、２つの電極２０はそれぞれ変圧器５０の２次側の一端および他端に接続されている。
【００２３】
この構成においては、振動体１０Ａは負の電圧に帯電しているため、振動体１０Ａの電気的状態はマイナスとなり、電極２０は変圧器５０を介してバイアス電源７０のプラス側に接続されているため、電極２０の表面の電気的状態はマイナスとなる。
入力部６０に音響信号が入力されていない状態においては、バイアス電源７０の電圧がＥ１、振動体１０Ａの電圧がＥ２とすると、バイアス電源７０の電圧Ｅ１と振動体１０Ａの電圧Ｅ２とを加算した電圧（Ｅ１＋Ｅ２）が、バイアス電源７０のマイナス側と電極２０Ｕ（振動体１０Ａと電極２０Ｌ）との間の電圧差となる。ここで、バイアス電源７０のマイナス側と電極２０との間の電圧差は、電圧Ｅ１と電圧Ｅ２を加算した電圧（Ｅ１＋Ｅ２）となり、バイアス電源７０単体またはエレクトレット単体より高電圧を得ることができる。
【００２４】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る静電型スピーカについて説明する。図７は、本実施形態に係る静電型スピーカ１Ｂの外観図、図８は、静電型スピーカ１Ｂの断面図である。なお、以下の説明においては、静電型スピーカ１Ｂにおいて第１実施形態と同じ部分については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００２５】
エレクトレット４０ＵＡは矩形で膜状のエレクトレットであり、負の電圧に帯電している。また、エレクトレット４０ＬＡは矩形で膜状のエレクトレットであり、正の電圧に帯電している。エレクトレット４０ＵＡは、電極２０Ｕに固着され、エレクトレット４０ＬＡは、電極２０Ｌに固着されている。なお、エレクトレット４０ＵＡ，４０ＬＡにおいても、音響透過性を確保するために、エレクトレットの表面から裏面に貫通する貫通孔が所定間隔で複数設けられている。
【００２６】
また、図に示したように、静電型スピーカ１Ｂは、変圧器５０Ａ、外部から音響信号が入力される入力部６０、直流バイアスを供給するバイアス電源７０Ａとバイアス電源７０Ｂとを備えている。入力部６０は変圧器５０Ａの一次側に接続されている。なお、本実施形態に係る変圧器５０Ａは、センタータップを備えていない点で第１実施形態の変圧器５０と異なっている。また、バイアス電源７０Ａの電圧とバイアス電源７０Ｂの電圧は同じとなっている。
【００２７】
そして、バイアス電源７０Ａのマイナス側は電極２０Ｕに接続され、バイアス電源７０Ａのプラス側は変圧器５０Ａの２次側の一端に接続されている。また、バイアス電源７０Ｂのプラス側は電極２０Ｌに接続され、バイアス電源７０Ｂのマイナス側はバイアス電源７０Ａのプラス側が接続されている変圧器５０Ａの２次側の一端に接続されている。また、振動体１０は、変圧器５０Ａの２次側の一端であって、バイアス電源７０Ａ，７０Ｂが接続されていない側の一端に接続されている。
【００２８】
入力部６０に音響信号が入力されていない状態においては、バイアス電源７０Ａ，７０Ｂの電圧がＥ１、エレクトレット４０ＵＡ，４０ＬＡの電圧の絶対値がＥ２とすると、バイアス電源７０Ａの電圧Ｅ１とエレクトレット４０ＵＡの電圧Ｅ２とを加算した電圧（Ｅ１＋Ｅ２）が、電極２０Ｕと振動体１０との間の電圧差となり、バイアス電源７０Ｂの電圧Ｅ１とエレクトレット４０ＬＡの電圧Ｅ２とを加算した電圧（Ｅ１＋Ｅ２）が、電極２０Ｌと振動体１０との間の電圧差となる。
ここで、振動体１０と電極２０との間の電圧差は、電圧Ｅ１と電圧Ｅ２を加算した電圧（Ｅ１＋Ｅ２）となり、バイアス電源７０Ａ，７０Ｂ単体またはエレクトレット単体より高電圧を得ることができる。
【００２９】
［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、他の様々な形態で実施可能である。例えば、上述の実施形態を以下のように変形して本発明を実施してもよい。
【００３０】
上述した実施形態においては、エレクトレット４０Ｕ，４０Ｌは、フッ素系樹脂（ＦＥＰ（テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体））で形成されているが、エレクトレット４０Ｕ，４０Ｌは、アモルファス系フッ素樹脂で形成してもよい。エレクトレット４０Ｕ，４０Ｌをアモルファス系フッ素樹脂で形成する場合、その厚みは１０μｍ以下とすることも可能である。
【００３１】
上述した実施形態においては、振動体１０とエレクトレット４０Ｕ，４０Ｌとの間には、熱を加えて圧縮した中綿など、弾性を有し、空気の通過が可能となっている部材を配置していもよい。
また、上述した実施形態においては、バイアス電源７０の電圧は固定となっているが、バイアス電源７０の電圧は変更可能な構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態に係る静電型スピーカ１の外観の模式図である。
【図２】静電型スピーカ１の断面と電気的構成を模式的に示した図である。
【図３】静電型スピーカ１の分解斜視図である。
【図４】静電型スピーカ１の電気的状態を示した図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る静電型スピーカ１Ａの外観の模式図である。
【図６】静電型スピーカ１Ａの断面と電気的構成を模式的に示した図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る静電型スピーカ１Ｂの外観の模式図である。
【図８】静電型スピーカ１Ｂの断面と電気的構成を模式的に示した図である。
【符号の説明】
【００３３】
１，１Ａ，１Ｂ・・・静電型スピーカ、１０，１０Ａ・・・振動体、２０，２０Ｕ，２０Ｌ・・・電極、３０Ｕ，３０Ｌ・・・スペーサ、４０Ｕ，４０ＵＡ，４０Ｌ，４０ＬＡ・・・エレクトレット、５０，５０Ａ・・・変圧器、６０・・・入力部、７０，７０Ａ，７０Ｂ・・・バイアス電源
【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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