WO2013047872A1 - 電気音響変換器および表示デバイス - Google Patents
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Classifications
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- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
- H04R17/005—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers using a piezoelectric polymer
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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- H04R2499/10—General applications
- H04R2499/15—Transducers incorporated in visual displaying devices, e.g. televisions, computer displays, laptops
Definitions
- the present invention relates to an electroacoustic transducer such as a thin piezoelectric speaker and a microphone using a piezoelectric film as a vibrating body, and a display device using the same.
- Sheet-shaped piezoelectric materials such as polymer piezoelectric materials such as uniaxially stretched films of polyvinylidene fluoride (PVDF), and polymer composite piezoelectric materials in which powdered piezoelectric materials are dispersed using a polymer material as a matrix
- PVDF polyvinylidene fluoride
- a so-called piezoelectric film formed by forming electrode layers on both sides has a property of expanding and contracting in response to an applied voltage.
- it is necessary to convert the expansion and contraction motion along the film surface into vibration in a direction perpendicular to the film surface.
- the conversion from the expansion and contraction motion to the vibration is achieved by holding the piezoelectric film in a curved state, thereby enabling the piezoelectric film to function as a speaker.
- a member having a loose curvature is described as a member for applying a mechanical bias used in an electroacoustic transducer.
- both ends in the expansion / contraction direction of the piezoelectric film are fixed to mounting plates provided with gaps on both sides substantially parallel to the expansion / contraction direction, and the thin film electrode on the opposite side to the sound wave radiation direction of the piezoelectric film is interposed through the ground plate.
- the structure which presses the member which has the said curvature, and takes electrical continuity between the member which has a loose curvature, and a ground plane is described.
- the piezoelectric film whose periphery is fixed is curved by pressing the piezoelectric film against a member having a loose curvature for applying a mechanical bias.
- the elastic member since the elastic member has a loose curvature, it becomes possible to give a constant mechanical bias anywhere on the piezoelectric film, so that the expansion and contraction motion of the piezoelectric film can be moved back and forth without waste. The sound is converted and generated according to the supplied power.
- the piezoelectric film has a curvature
- the piezoelectric film is curved, so there are restrictions on the installation location and mounting method, and it can be hung on the wall or installed on the back of paintings, posters, decorative boards, etc. Not suitable for.
- the area of the speaker is increased, the thickness is increased even if the curvature is loose, and the characteristics as an original thin speaker are also impaired.
- the curvature of the piezoelectric film can be reduced (the curvature radius is increased).
- the expansion and contraction of the piezoelectric film cannot be moved back and forth, and no sound is produced. (Volume) decreases. Therefore, a flat electroacoustic transducer that is sufficiently thin, has a high sound volume, and has excellent acoustic characteristics has not been realized.
- An object of the present invention is to provide a flat electroacoustic transducer and a display device which are thin and excellent in acoustic characteristics such as frequency characteristics and sound volume. .
- the present invention has two main surfaces facing each other, the piezoelectric film whose main surface expands and contracts according to the state of the electric field, and is disposed in close contact with one main surface of the piezoelectric film.
- the piezoelectric film is pressed at least partially except for the pressing portion pressed by the pressing member, and a flat portion held substantially linearly by the surface of the viscoelastic support;
- an electroacoustic transducer having an inclined portion connected to the portion and the flat portion and extending in a direction intersecting the pressing portion.
- the piezoelectric film is pressing the whole viscoelastic support body.
- the inclined portion includes a curved curved portion that is connected to the flat portion toward the pressing portion, and a rising portion that is connected to the bending portion and the pressing portion and extends in a direction intersecting the pressing portion.
- the curvature radius of the curved portion is preferably 1 mm to 300 mm.
- the angle at which the rising portion and the pressing portion intersect is preferably 10 ° to 90 °.
- the height of the flat portion from the pressing portion of the piezoelectric film is preferably 1 mm to 10 mm.
- the pressing member presses at least a part of the peripheral portion of the piezoelectric film and presses the piezoelectric film against the viscoelastic support. Moreover, it is preferable that a pressing member presses the whole periphery of the peripheral part of a piezoelectric film to a viscoelastic support body.
- the viscoelastic support has a support
- the piezoelectric film is disposed so as to cover the viscoelastic support
- the pressing member presses the piezoelectric film against the viscoelastic support so that the viscoelastic support It is preferable that at least a part of the support is held thin and fixed to the support.
- the viscoelastic support has a bottomed cylindrical housing that accommodates a part of the viscoelastic support, and the piezoelectric film is disposed so as to cover the viscoelastic support and the housing, and is pressed.
- the member presses the piezoelectric film against the housing, so that the piezoelectric film presses the viscoelastic support, and at least a part of the thickness of the viscoelastic support is held thin.
- a press member presses the perimeter of the peripheral part of a piezoelectric film to a housing
- a pressing member presses at least one part of the peripheral part of a piezoelectric film to a housing
- the piezoelectric film has a sheet-like piezoelectric body made of a polymer composite piezoelectric body or a polymeric piezoelectric material, a thin film electrode formed on both surfaces of the piezoelectric body, and a protective layer formed on the surface of the thin film electrode. It is preferable. Moreover, it is preferable that the polymer composite piezoelectric material is obtained by dispersing piezoelectric particles in a viscoelastic matrix made of a polymer material having viscoelasticity at room temperature. Moreover, it is preferable that the high molecular material which has viscoelasticity at normal temperature is what has a cyanoethyl group.
- the polymer material having viscoelasticity at normal temperature is preferably made of cyanoethylated polyvinyl alcohol. Moreover, it is preferable that at least one of the thin film electrodes of the piezoelectric film is formed in a region other than the pressing portion.
- the viscoelastic support preferably has a sound absorbing effect.
- the viscoelastic support is preferably a fiber material or a foam material.
- the viscoelastic support is preferably a felt material, glass wool, a combination of glass wool and felt material, or foamed plastic.
- the specific gravity of the felt material is preferably 50 to 500 kg / m 3 .
- the felt material is preferably made of wool.
- the felt material is preferably made of wool felt containing rayon and / or polyester fiber.
- the specific gravity of glass wool is preferably 20 to 100 kg / m 3 .
- the specific gravity of the foamed plastic is preferably 16 to 100 kg / m 3 .
- the foamed plastic is preferably made of polyurethane.
- the surface of the viscoelastic support that is in close contact with the piezoelectric film before being pressed against the piezoelectric film is preferably a flat surface.
- the thickness of the viscoelastic support before being pressed against the piezoelectric film is preferably 1 to 50 mm.
- the pressing force of the viscoelastic support at the flat portion of the piezoelectric film is preferably 0.02 to 0.2 MPa.
- the piezoelectric film and the viscoelastic support are preferably circular, oval, or rectangular. Further, it is preferably driven by an amplifier whose output voltage approximates ⁇ 6 dB / octave.
- the present invention provides a display device using the electroacoustic transducer as a speaker unit.
- the present invention having the above configuration includes a piezoelectric film that expands and contracts according to the state of an electric field, a viscoelastic support that is disposed in close contact with one surface of the piezoelectric film, and presses the piezoelectric film against the viscoelastic support. And a pressing member that holds at least part of the thickness of the viscoelastic support in a thin state, and the viscoelastic support is at least partly excluding the pressing part pressed by the pressing member.
- the flat portion is held flat by the surface, and the inclined portion is connected to the pressing portion and the flat portion and extends in a direction intersecting the pressing portion.
- the viscoelastic support becomes compressed in the thickness direction as it approaches the pressing part, but the piezoelectric film is given a mechanical bias that is almost the same as the flat part due to the static viscoelastic effect (stress relaxation). Is possible.
- the mechanical bias can be kept constant everywhere on the piezoelectric film, and the expansion and contraction movement of the piezoelectric film is converted into the back-and-forth movement without waste, as in the case of using a member having a loose curvature.
- a flat electroacoustic transducer that is thin and has sufficient sound volume and excellent acoustic characteristics can be obtained.
- the area other than the vicinity of the holding member is maintained flat, it is possible to reduce restrictions on the installation location and mounting method, and it can be wall-mounted or installed on the back side of paintings, posters, decorative boards, etc. it can.
- FIG. 1 It is a perspective view which shows notionally an example of the electroacoustic transducer of this invention. It is a schematic sectional drawing in the II-II line of the electroacoustic transducer shown in FIG. It is a conceptual diagram for demonstrating the piezoelectric film of FIG. (A) to (D) are conceptual diagrams for explaining the structure of the electroacoustic transducer of FIG. It is a schematic sectional drawing for demonstrating the electroacoustic transducer shown in FIG. It is a graph which shows notionally the relation between drive voltage and time.
- (A) is a top view for demonstrating operation
- (B) is BB sectional drawing of (A).
- (A) is a top view for demonstrating operation
- (B) is BB sectional drawing of (A).
- (A) is a top view for demonstrating operation
- (B) is BB sectional drawing of (A).
- (A) is a top view conceptually showing another example of the electroacoustic transducer of the present invention, and (B) is a sectional view taken along the line CC of (A). It is sectional drawing which shows notionally another example of the electroacoustic transducer of this invention. It is sectional drawing which shows notionally another example of the electroacoustic transducer of this invention.
- FIG. 1 It is sectional drawing which shows notionally another example of the electroacoustic transducer of this invention.
- A is a perspective view conceptually showing another example of the electroacoustic transducer of the present invention
- B is a sectional view taken along line BB of (A)
- C is ( It is CC sectional view taken on the line of A).
- A) is a perspective view conceptually showing another example of the electroacoustic transducer of the present invention
- (B) is a sectional view taken along line BB of (A)
- (C) is ( It is CC sectional view taken on the line of A).
- FIG. 1 conceptually shows an example of the electroacoustic transducer of the present invention
- FIG. 2 shows a cross-sectional view of the electroacoustic transducer shown in FIG.
- the electroacoustic transducer 40 shown in FIGS. 1 and 2 basically includes the piezoelectric film 10, a case 42, 46, and a ring 44.
- the piezoelectric film 10 is pressed against the viscoelastic support 46 by the ring 44 that is a pressing member, and the viscoelastic support 46 is compressed. It has a rising portion (inclined portion) 40a formed by pressing by the ring 44 and a substantially planar region (flat portion 40b) other than the rising portion 40a.
- the case 42 is a holding member that holds the piezoelectric film 10 and the viscoelastic support 46 together with the ring 44, and is a thin bottomed cylindrical casing formed of plastic or the like.
- the case 42 accommodates the viscoelastic support 46 in the cylinder. Further, the depth of the cylindrical portion is smaller than the height of the viscoelastic support 46.
- the viscoelastic support 46 has an appropriate viscosity and elasticity, supports the piezoelectric film 10, and gives a constant mechanical bias anywhere on the piezoelectric film, thereby allowing the piezoelectric film to move back and forth without waste. (Movement in a direction perpendicular to the surface of the film).
- a felt material is used as the viscoelastic support 46.
- the viscoelastic support 46 has a cylindrical shape having an outer diameter substantially equal to the inner diameter of the case 42 and is disposed in the cylinder of the case 42. Further, the height of the viscoelastic support 46 is larger than the depth of the cylindrical portion of the case 42.
- the material of the viscoelastic support 46 is not particularly limited as long as it has an appropriate viscosity and elasticity and does not hinder the vibration of the piezoelectric film and can be suitably deformed.
- a fiber material such as wool felt or glass wool containing polyester fibers such as rayon or PET, or a foam material (foamed plastic) such as polyurethane.
- the specific gravity of the felt is preferably in the range of 50 to 500 kg / m 3 , more preferably 100 to 300 kg / m 3 .
- the specific gravity of glass wool is preferably in the range of 20 to 100 kg / m 3 .
- the specific gravity of polyurethane is preferably in the range of 16 to 100 kg / m 3 .
- Range of specific gravity of felt when felt is used as viscoelastic support 46, and specific gravity of glass wool when glass wool is used as viscoelastic support 46, or specific gravity of polyurethane when polyurethane is used as viscoelastic support 46 By setting each in the above range, as will be described later, the shape of the piezoelectric film 10 is such that a rising portion 40a is formed at the peripheral portion, and a substantially flat flat portion 40b is formed at the central portion. It can be a shape.
- the viscoelastic support 46 is also pressed to the case 42 side by the piezoelectric film 10 even at a portion corresponding to the flat portion 40 b, and the surface pressure at which the viscoelastic support 46 presses the flat portion 40 b of the piezoelectric film 10. Is preferably 0.02 to 0.2 MPa.
- the piezoelectric film 10 has a piezoelectric property and is a circular thin film that expands and contracts in an in-plane direction according to the state of an electric field, and is arranged so as to cover the viscoelastic support 46 and the case 42 as shown in FIG. Has been.
- the piezoelectric film 10 has a peripheral portion pressed against the edge of the case 42 by a ring 44 described later, and a central portion pressed by the viscoelastic support 46 in a direction opposite to the case 42 side. In the region in the vicinity of the ring 44, the curvature rapidly changes to form a rising portion 40a that decreases toward the ring 44, and a substantially flat flat portion 40b is formed at the center.
- the viscoelastic support becomes compressed in the thickness direction as it approaches the pressing part, but the mechanical bias is kept constant everywhere on the piezoelectric film by the static viscoelastic effect (stress relaxation). Can do.
- the expansion and contraction motion of the piezoelectric film is converted into the back-and-forth motion without waste, as in the case of using a member having a loose curvature, so that a thin and sufficient volume can be obtained and a flat shape excellent in acoustic characteristics is obtained.
- the electroacoustic transducer can be obtained. Thereby, restrictions on an installation place and an installation method can be reduced, and it can be set on a wall or installed on the back surface of a picture, a poster, a decorative board, or the like.
- the height h (the height at the highest position from the pressing portion) h from the surface (pressing portion) pressed by the ring 44 of the piezoelectric film 10 to the flat portion 40b is preferably 1 mm to 10 mm.
- the crossing angle between the rising portion 40a and the pressing portion is preferably 10 ° to 90 °.
- the flat portion 40b of the piezoelectric film 10 can sufficiently move back and forth (vibrates) according to the expansion and contraction of the piezoelectric film 10, so that sound can be accurately reproduced. And sufficient volume can be obtained.
- FIG. 3 is a schematic sectional view showing a part of the piezoelectric film 10.
- the piezoelectric film 10 basically includes a piezoelectric layer 12 made of a polymer composite piezoelectric body, a thin film electrode 14 provided on one surface of the piezoelectric layer 12, a thin film electrode 16 provided on the other surface, and the surface of the thin film electrode 14. And a protective layer 20 provided on the surface of the thin film electrode 16.
- the piezoelectric layer 12 is made of a polymer composite piezoelectric material.
- the polymer composite piezoelectric material forming the piezoelectric layer 12 is obtained by uniformly dispersing piezoelectric particles 26 in a viscoelastic matrix 24 made of a polymer material having viscoelasticity at room temperature.
- the piezoelectric layer 12 is poled (polarized).
- the piezoelectric particles 26 in the piezoelectric layer 12 are dispersed with regularity in the viscoelastic matrix 24, but may be dispersed irregularly.
- cyanoethylated polyvinyl alcohol is used as the viscoelastic matrix 24 (viscoelastic matrix and binder) of the polymer composite piezoelectric body constituting the piezoelectric layer 12.
- Cyanoethylated vinyl alcohol (hereinafter also referred to as cyanoethylated PVA) is a polymer material having viscoelasticity at room temperature.
- the piezoelectric layer 12 in which the viscoelastic matrix 24 is cyanoethylated PVA has a high viscoelastic effect
- the polymer viscoelastic matrix / piezoelectric is also provided at a location where the curvature in the vicinity of the ring 44 changes rapidly. Since stress concentration at the body particle interface is alleviated, cracks and the like are not generated inside the piezoelectric layer 12, which is very suitable.
- the viscoelastic matrix 24 is not limited to cyanoethylated PVA alone, but may be added to cyanoethylated PVA, polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene, which is a higher dielectric or ferroelectric polymer.
- Fluoropolymers such as copolymers, vinylidene fluoride-trifluoroethylene copolymers, polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene copolymers, and polyvinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymers, or vinylidene cyanide -Vinyl acetate copolymer, cyanoethyl cellulose, cyanoethyl hydroxy saccharose, cyanoethyl hydroxy cellulose, cyanoethyl hydroxy pullulan, cyanoethyl methacrylate, cyanoethyl acrylate, cyanoethyl hydroxyethyl cellulose, cyanoethyl amylo Cyano group or cyanoethyl group such as cyanoethyl hydroxypropyl cellulose, cyanoethyl dihydroxypropyl cellulose, cyanoethyl hydroxypropyl amylose
- the viscoelastic matrix 24 is not limited to one containing cyanoethylated PVA, and for example, a material having a cyanoethyl group such as cyanoethylated pullulan can be used.
- the material used as the viscoelastic matrix 24 preferably has viscoelasticity at room temperature.
- the piezoelectric particles 26 are piezoelectric particles.
- the piezoelectric particles 26 are preferably made of ceramic particles having a perovskite crystal structure.
- Examples of the ceramic particles constituting the piezoelectric particles 26 include lead zirconate titanate (PZT), lead lanthanum zirconate titanate (PLZT), barium titanate (BaTiO 3 ), and barium titanate and bismuth ferrite. Examples thereof include a solid solution (BFBT) with (BiFe 3 ).
- the particle size of the piezoelectric particles 26 is not particularly limited, and may be set as appropriate according to the size of the piezoelectric film 10, the application of the piezoelectric film 10, the characteristics required for the piezoelectric film 10, and the like.
- the quantity ratio between the viscoelastic matrix 24 and the piezoelectric particles 26 in the piezoelectric layer 12 (polymer composite piezoelectric material) is not particularly limited. That is, the quantity ratio between the viscoelastic matrix 24 and the piezoelectric particles 26 depends on the size (size in the surface direction) and thickness of the piezoelectric film 10, the use of the piezoelectric film 10, the characteristics required for the piezoelectric film 10, and the like. And may be set as appropriate.
- the thickness of the piezoelectric layer 12 is not particularly limited, and may be set as appropriate according to the size of the piezoelectric film 10, the application of the piezoelectric film 10, the characteristics required for the piezoelectric film 10, and the like.
- the thickness of the piezoelectric layer 12 is preferably 10 to 200 ⁇ m, particularly 30 to 100 ⁇ m.
- a polymer composite piezoelectric material is used as the piezoelectric layer 12, but the present invention is not limited to this, and a piezoelectric polymer piezoelectric material having a piezoelectric property such as PVDF (polyvinylidene fluoride). Materials may be used. Note that uniaxially stretched PVDF has in-plane anisotropy in its piezoelectric properties, whereas polymer composite piezoelectric bodies do not have in-plane anisotropy. It is preferable in that it can be converted into a back-and-forth motion and a sufficient volume and sound quality can be obtained.
- PVDF polyvinylidene fluoride
- a thin film electrode 14 is provided on one surface of the piezoelectric layer 12, and a thin film electrode 16 is provided on the other surface. That is, thin film electrodes are formed on both surfaces of the piezoelectric layer 12 so as to sandwich the piezoelectric layer 12.
- the thin film electrodes 14 and 16 are electrodes for applying a driving voltage to the piezoelectric layer 12.
- the material for forming the thin film electrodes 14 and 16 is not particularly limited, and various conductors can be used. Specifically, C, Pd, Fe, Sn, Al, Ni, Pt, Au, Ag, Cu, Cr, Mo and the like, and alloys thereof are exemplified.
- the method for forming the thin film electrode 14 is not particularly limited, and a film formation method by a vapor deposition method (vacuum film formation method) such as vacuum evaporation or sputtering, a method of attaching a foil formed of the above material, or the like. Various known methods can be used.
- the flexibility of the piezoelectric film 10, that is, the size of the back and forth movement can be ensured, and a thin electrode layer that does not restrain the deformation of the piezoelectric layer can be formed.
- the thin film is preferably used as the thin film electrodes 14 and 16.
- the thickness of the thin film electrodes 14 and 16 is not particularly limited, but is preferably 1 ⁇ m or less.
- the thicknesses of the thin film electrodes 14 and 16 are basically the same, but may be different.
- the thickness of the thin film electrodes 14 and 16 is preferably as thin as possible. However, in the case of the large-sized piezoelectric film 10, the influence may be negligible. What is necessary is just to determine suitably according to the performance, characteristic, handling property, etc. which are requested
- the relationship between the thickness of the thin film electrodes 14 and 16 and the size of the piezoelectric film 10 is the same as the relationship between the protective layers 18 and 20 and the size of the piezoelectric film 10 described later.
- the thin film electrode 14 and / or the thin film electrode 16 do not necessarily have to be formed corresponding to the entire surface of the piezoelectric layer 12 (protective layer 18 and / or 20).
- at least one of the thin film electrode 14 and the thin film electrode 16 may be smaller than the piezoelectric layer 12, for example, and the piezoelectric layer 12 and the protective film may be in direct contact with each other at the periphery of the piezoelectric film 10.
- the thin film electrode on the upper surface side (sound generation direction side) or the lower surface side is allowed to be smaller than the inner diameter of the ring 44. It is.
- a protective layer 18 is provided on the surface of the thin film electrode 14, and a protective layer 20 is provided on the surface of the thin film electrode 16.
- the protective layers 18 and 20 protect the piezoelectric layer 12 and the thin film electrodes 14 and 16 and also function as a support layer that supports the piezoelectric film 10.
- the protective layers 18 and 20 are not particularly limited, and various sheet-like materials can be used, and various resin films (plastic films) are preferably exemplified as an example. Among them, polyethylene terephthalate (PET), polypropylene (PP), polystyrene (PS), polycarbonate (PC), polyphenylene sulfite (PPS), polymethyl methacrylate (PMMA) due to excellent mechanical strength and heat resistance. ), Polyetherimide (PEI), polyimide (PI), polyethylene naphthalate (PN), and cyclic olefin-based resin are preferably used.
- PET polyethylene terephthalate
- PP polypropylene
- PS polystyrene
- PC polycarbonate
- PPS polyphenylene sulfite
- PMMA polymethyl methacrylate
- PEI Polyetherimide
- PEI polyimide
- PN polyethylene naphthalate
- cyclic olefin-based resin are preferably used.
- the thickness of the protective layers 18 and 20 is not particularly limited. Further, the thicknesses of the protective layers 18 and 20 are basically the same, but may be different.
- the rigidity of the protective layers 18 and 20 is high, the expansion and contraction of the piezoelectric layer 12 is constrained, and as a result, the amplitude of the longitudinal motion of the piezoelectric film becomes small. . Therefore, considering the performance of the electroacoustic transducer 40, the thinner the protective layers 18 and 20, the more advantageous.
- the protective layers 18 and 20 use resin films, the thinner they are, the more difficult the handling (handling) becomes. Moreover, although the protective layers 18 and 20 also have an effect
- the thickness of the protective layers 18 and 20 depends on the acoustic performance required for the piezoelectric film 10, that is, the acoustic device, the handling property required for the piezoelectric film 10, the mechanical strength required for the piezoelectric film 10, and the like. And may be set as appropriate.
- the thickness of the protective layer is not more than twice the thickness of the piezoelectric layer 12, it is preferable in terms of ensuring both rigidity and appropriate flexibility.
- the thickness of the protective layers 18 and 20 is preferably 100 ⁇ m or less, more preferably 50 ⁇ m or less, and particularly 25 ⁇ m or less. Is preferred.
- a paint obtained by dissolving cyanoethylated PVA in a solvent, adding piezoelectric particles 26 such as PZT particles, and stirring and dispersing the coating is applied on the protective layer 18.
- the sheet-like material on which the thin-film electrode 14 is formed and evaporating and drying the organic solvent After casting (coating) the sheet-like material on which the thin-film electrode 14 is formed and evaporating and drying the organic solvent, the sheet-like material on which the thin-film electrode 16 is formed on the protective layer 20 is laminated, There is a method of manufacturing by thermocompression bonding.
- a cyanoethylated PVA is heated and melted to produce a melt obtained by adding / dispersing the piezoelectric particles 26 thereto, and a sheet-like material (the thin film electrode 14 is formed on the protective layer 18 by extrusion molding or the like.
- the piezoelectric layer 12 may be formed by extruding into a sheet shape on the sheet material) and cooling. Further, it is preferable to perform polarization treatment (polling) of the piezoelectric layer 12 after drying the coating applied on the sheet-like material.
- Such a piezoelectric film 10 may be manufactured using the cut sheet-like sheet-like material, but is preferably manufactured using a roll-to-roll.
- the ring 44 is a pressing member that presses the piezoelectric film 10 and is a circular plate-shaped member that is formed of metal, plastic, or the like and that has a through hole in the center.
- the outer diameter and inner diameter of the ring 44 are substantially the same as the outer diameter and inner diameter of the case 42, respectively.
- the ring 44 is fixed to the case 42 with the piezoelectric film 10 pressed against the edge of the case 42.
- the method for fixing the ring 44 and the case 42 is not particularly limited, and various known fixing methods such as screwing and a method using a fixing jig can be used.
- FIG. 4A to 4D are conceptual perspective views for explaining an assembly process of the electroacoustic transducer 40 shown in FIG.
- a cylindrical viscoelastic support 46 is accommodated in the cylinder of the case 42.
- the height of the viscoelastic support 46 is higher than the depth of the cylindrical portion of the case 42, as shown in FIG. 4B, in the state before the ring 44 is fixed to the case 42, The elastic support 46 protrudes from the upper surface (open surface) of the case 42.
- the piezoelectric film 10 is disposed on the upper surface of the viscoelastic support 46 so as to cover the viscoelastic support 46 and the case 42. Further, as shown in FIG. 4C, the ring 44 is disposed from above the piezoelectric film 10 so as to press the peripheral edge of the piezoelectric film 10 against the edge of the open surface of the case 42, and the ring 44 is placed in the case.
- the electroacoustic transducer 40 is assembled by fixing to 42 (FIG. 4D).
- the viscoelastic support 46 has a cylindrical shape whose height (thickness) is thicker than the height of the inner surface of the case 42 (depth of the cylindrical portion). Therefore, in the electroacoustic transducer 40, the viscoelastic support body 46 is held in a state where the viscoelastic support body 46 is pressed downward by the piezoelectric film 10 and is thinned at the periphery of the viscoelastic support body 46 (near the ring 44). Is done.
- the curvature of the piezoelectric film 10 rapidly changes in the peripheral portion of the viscoelastic support 46, and a rising portion 40 a that decreases toward the periphery of the viscoelastic support 46 is formed in the piezoelectric film 10. Further, the central region of the piezoelectric film 10 is pressed by the columnar viscoelastic support 46 so as to be substantially planar.
- FIG. 5 shows a schematic cross-sectional view of the electroacoustic transducer 40 in a state where the assembly is completed.
- the viscoelastic support 46 a before being assembled which is placed on the case 42 and before the piezoelectric film 10 is pressed by the ring 44, is indicated by a broken line.
- the viscoelastic support 46 of the electroacoustic transducer 40 after assembly is entirely pressed against the case 42 by the piezoelectric film 10, and the entire thickness is larger than the viscoelastic support 46 a before assembly. Is getting thinner.
- the assembled electroacoustic transducer 40 is compressed not only in the rising portion 40a but also in the flat portion 40b, so that the viscoelastic support 46 is compressed and thinned.
- the viscoelastic support is compressed in the thickness direction as it approaches the pressing portion, but a mechanical bias that is substantially the same as the flat portion is given to the piezoelectric film by a static viscoelastic effect (stress relaxation). It is possible.
- the mechanical bias can be kept constant everywhere on the piezoelectric film, and the expansion and contraction movement of the piezoelectric film is converted into the back-and-forth movement without waste, as in the case of using a member having a loose curvature.
- a flat electroacoustic transducer that is thin and has sufficient sound volume and excellent acoustic characteristics can be obtained.
- FIG. 6 is a graph schematically showing a drive voltage applied to drive the electroacoustic transducer 40.
- 7A is a top view conceptually showing the state of the electroacoustic transducer 40 at the point a in FIG. 6, and
- FIG. 7B is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 7A.
- FIG. 8A is a top view conceptually showing the state of the electroacoustic transducer 40 at the point b in FIG. 6, and
- FIG. 8B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 8A.
- FIG. 9A is a top view conceptually showing the state of the electroacoustic transducer 40 at the point c in FIG. 6, and FIG. 9B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 9A.
- FIG. 7 to 9 the structure of the thin film electrode 14 is approximately the same as the size of the flat portion 40b for simplicity. Also, illustration of the protective layers 18 and 20 is omitted.
- the piezoelectric film 10 expands and contracts according to the applied drive voltage and moves back and forth. Specifically, when the drive voltage is 0 as shown at point a, as shown in FIGS. 7A and 7B, the piezoelectric film 10 is not expanded and contracted, so the viscoelastic support 46 and the ring 44, and is formed into a shape having a rising portion 40a and a flat portion 40b.
- the viscoelastic support 46 held in a compressed state by the piezoelectric film 10 is further contracted downward (case 42 side), so that the flat portion 40b is held flat (case 42). To the side).
- the viscoelastic support is in a state where the elastic energy that accompanies compression is stored in the peripheral part (rising part)
- the force to push back the piezoelectric film works in the peripheral part. Due to the effect (stress relaxation), a mechanical bias that is substantially the same as that of the flat portion is applied to the piezoelectric film even at the rising portion 40a, so that the contraction of the piezoelectric film is uniformly converted into a downward movement amount without waste.
- the positive voltage is the voltage application direction of the polarization process. Therefore, when a positive drive voltage is applied, the piezoelectric film 10 extends in the film thickness direction and contracts in the in-plane direction.
- the viscoelastic support is in a state where elastic energy associated with compression is stored in the peripheral part (rising part), the force that pushes back the piezoelectric film more than necessary in the peripheral part works. Due to the viscoelastic effect (stress relaxation), a mechanical bias that is almost the same as that of the flat portion is applied to the piezoelectric film even at the rising portion 40a, so that the extension of the piezoelectric film is evenly converted into an upward movement amount without waste. Is done.
- the electroacoustic transducer 40 generates sound by the longitudinal movement of the piezoelectric film 10.
- the holding member that holds the piezoelectric film and the viscoelastic support presses the piezoelectric film against the viscoelastic support so that at least a part of the viscoelastic support is provided.
- a driving voltage is applied to the piezoelectric film 10.
- the angle of the rising portion 40a slightly changes according to the expansion and contraction of the piezoelectric film, and the flat portion 40b can move back and forth while maintaining a flat surface, that is, can vibrate to generate sound.
- the area other than the vicinity of the ring is kept flat, it is possible to reduce the restrictions on the installation location and the mounting method, and it can be installed on the wall or on the back of paintings, posters, decorative boards, etc. .
- the shape of the sound generating surface is circular, but the present invention is not limited to this, and is square, rectangular, or oval (elliptical, oval). Etc., and various shapes can be employed.
- FIG. 10A is a top view illustrating another example of the electroacoustic transducer of the present invention
- FIG. 10B is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG.
- the electroacoustic transducer 100 shown in FIGS. 10A and 10B is basically the same configuration as the electroacoustic transducer 40 shown in FIG. 2 except that the shape of the surface that generates sound is square.
- the electroacoustic transducer 100 includes a piezoelectric film 102, a case 104, a viscoelastic support 106 and a frame 108.
- the piezoelectric film 102 is the same as the piezoelectric film 10 except that it is formed in a square shape.
- the case 104 is a substantially rectangular parallelepiped box-shaped housing whose one surface is open.
- the viscoelastic support 106 is a viscoelastic support that supports the piezoelectric film 102 having a square columnar shape that is higher than the depth inside the case 104 and has elasticity.
- the viscoelastic support 106 is housed inside the case 104 and is compressed at the end by the piezoelectric film 102 pressed against the frame 108 and presses the piezoelectric film 102 in the direction of sound generation.
- the frame body 108 is a plate material having a through hole at the center and having the same shape as the upper end surface (open surface side) of the case 104.
- the frame body 108 is fixed in a state where the piezoelectric film 102 is pressed against the end of the case 104.
- the viscoelastic support 106 is held in the peripheral portion of the viscoelastic support 106 in a state where the thickness is reduced by being pressed downward by the piezoelectric film 102.
- the curvature of the piezoelectric film 102 suddenly fluctuates in the periphery of the viscoelastic support 106, and a rising portion 100 a that decreases toward the periphery of the viscoelastic support 106 is formed in the piezoelectric film 102.
- the central region of the piezoelectric film 102 is pressed by the square columnar viscoelastic support 106 to form a (substantially) planar flat portion 100b.
- the angle of the rising portion 100a (flat portion 100b) according to the expansion and contraction of the piezoelectric film 102.
- the angle with respect to the surface (1) is slightly changed, and the flat part 100b can generate a sound by moving back and forth, that is, vibrating while maintaining the flat surface.
- the electroacoustic transducer 40 in the illustrated example presses the entire periphery of the piezoelectric film 10 against the case 42 (that is, the viscoelastic support 46) by the ring 44
- the present invention is not limited to this.
- the at least two places around the piezoelectric film may be pressed against the case (viscoelastic support). That is, the electroacoustic transducer using the piezoelectric film 10 of the present invention does not have the ring 44, and the piezoelectric film 10 is attached to the case 42 by screws, bolts, nuts, jigs, etc. at four locations of the case 42, for example.
- a configuration formed by pressing / fixing to the upper surface can also be used.
- the structure which presses the peripheral region of the piezoelectric film 10 is preferable at the point which can form a flat part and a rising part suitably and can improve the reproducibility and sound volume of a sound more.
- the electroacoustic transducer of this invention does not need to have a case which accommodates a viscoelastic support body. That is, in the cross-sectional view of the electroacoustic transducer 110 in FIG. 11, the viscoelastic support 106 is placed on the rigid support plate 114 and the viscoelastic support 106 is The piezoelectric film 102 is placed thereon, and the piezoelectric film 102 is pressed against the viscoelastic support 106 with a screw 118 and fixed to the support plate 114, thereby thinning the peripheral edge of the viscoelastic support 106 and the piezoelectric film. A configuration in which the rising portion 102 and the flat portion 102 are formed can also be used.
- the piezoelectric film 102 is placed on the viscoelastic support 106, and at least two substantially C-shaped support members 128 are used. While holding the piezoelectric film 102 and the viscoelastic support 106 while pressing the periphery of the viscoelastic support 106 in the vertical direction, the peripheral edge of the viscoelastic support 106 is thinned and the piezoelectric film 102 is It is good also as a structure which formed the rising part and flat part.
- a protective case for protecting the piezoelectric film may be used as a member (ring, frame, etc.) for pressing the piezoelectric film.
- the electroacoustic transducer using the piezoelectric film 10 of the present invention is not limited to the configuration of pressing the peripheral portion.
- the center of the laminated body of the viscoelastic support 46 and the piezoelectric film 10 is some means. It is also possible to use a configuration in which the viscoelastic support 46 is held in a thinned state by being pressed. That is, the electroacoustic transducer using the piezoelectric film 10 of the present invention maintains the state in which the viscoelastic support is pressed by the piezoelectric film 10 and the thickness is reduced, and the pressing / holding causes the piezoelectric film to be thin.
- Various configurations can be used as long as the curvature of 10 rapidly changes, the rising portion 40a is formed on the piezoelectric film 10, and the flat flat portion 40b is formed.
- the piezoelectric film 10 is pressed against the viscoelastic support 46 by the ring 44 to form the rising portion 40a and the flat portion 40b.
- the present invention is not limited thereto. Instead, a configuration may be adopted in which a curved portion is formed between the rising portion and the flat portion.
- FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing another example of the electroacoustic transducer of the present invention.
- the electroacoustic transducer 130 shown in FIG. 13 is different from the electroacoustic transducer 40 shown in FIG. 2 in that the viscoelastic support body 46 is changed to a viscoelastic support body 136 made of a different material, and the gap between the rising portion and the flat portion is changed. Since the configuration is the same except that the curved portion is formed, the same portions are denoted by the same reference numerals, and the following description will mainly be performed on different portions.
- the electroacoustic transducer 130 includes the piezoelectric film 10, a case 42, a viscoelastic support 136, and a ring 44.
- the viscoelastic support 136 is the same as the viscoelastic support 46 except that glass wool is used as a material.
- the viscoelastic support 136 has a cylindrical shape having an outer diameter substantially equal to the inner diameter of the case 42 and has a height of the cylinder of the case 42. Greater than the depth of the part. Similarly to the viscoelastic support 46, the viscoelastic support 136 is pressed and compressed by the piezoelectric film 10.
- the electroacoustic transducer 130 has a pressing portion P where the piezoelectric film 10 is pressed against the case 42 by the ring 44, and rises sharply from the pressing portion P and extends in a direction intersecting the pressing portion P.
- the rising portion T, the curved curved portion R connected to the rising portion T and gently curved, and the flat portion H connected to the curved portion R are formed.
- the flat portion H can move back and forth while maintaining a flat surface to generate sound.
- the area other than the vicinity of the ring is kept flat, it is possible to reduce the restrictions on the installation location and the mounting method, and it can be installed on the wall or on the back of paintings, posters, decorative boards, etc. .
- the shape of the piezoelectric film is the elastic modulus, loss tangent, density, rebound resilience, restoration rate, shape of the viscoelastic support, and the elasticity of the piezoelectric film.
- the piezoelectric film 10 is pressed against the viscoelastic support 46 by the ring 44, whereby the rising portion 40a in the vicinity of the ring 44 and the planar flat portion 40b are formed.
- the present invention is not limited to this, and in a predetermined unidirectional cross section perpendicular to the surface of the piezoelectric film, there is a flat portion that is held substantially linear and a rising portion in the vicinity of the pressing member. It is good also as a structure formed.
- FIG. 14 is a perspective view conceptually showing another example of the electroacoustic transducer of the present invention.
- FIG. 14B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 14A
- FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line CC of (A).
- the electroacoustic transducer 140 illustrated in FIG. 14 includes a piezoelectric film 142, a case 144, a viscoelastic support 146, and a frame 148.
- the piezoelectric film 142 is the same as the piezoelectric film 10 except that it is formed in a rectangular shape.
- the case 144 is a substantially rectangular parallelepiped box-shaped housing whose one surface is open. Further, in the case 144 of the illustrated example, a groove for arranging the O-ring 144a is formed at the edge of the open surface.
- the viscoelastic support 146 is an elastic viscoelastic support having a rectangular column shape whose height is higher than the depth inside the case 144, and supports the piezoelectric film 142.
- the viscoelastic support body 146 is housed in the case 144 and is compressed at the end by the piezoelectric film 142 pressed against the frame body 148 and presses the piezoelectric film 142 in the direction of sound generation.
- the frame body 148 is a plate-like pressing member having a through hole in the center and having the same shape as the upper end surface (open surface side) of the case 144. The frame 148 is fixed in a state where the piezoelectric film 142 is pressed against the end of the case 144.
- the shape of the piezoelectric film 142 (the shape of the surface that generates sound) is a rectangular shape, and the short side direction is sufficiently shorter than the long side direction. Therefore, as shown in FIG. 14C, when viewed in the longitudinal section of the piezoelectric film 142, the piezoelectric film 142 has a thickness in the vicinity of the frame body 148 by the viscoelastic support 146 being pressed by the piezoelectric film 142. Becomes thinner and the rising portion 140a is formed. The central region of the piezoelectric film 142 is pressed by the viscoelastic support 146 to form a substantially flat flat portion 140b. On the other hand, as shown in FIG. 14B, when viewed in the cross section in the short direction of the piezoelectric film 142, the piezoelectric film 142 is formed in a curved shape without forming a flat portion.
- a flat portion that is held substantially linear and a rising portion in the vicinity of the pressing member are formed.
- the angle of the rising portion 140a slightly changes according to the expansion and contraction of the piezoelectric film 142, and the flat portion 140b becomes flat. The sound can be generated by moving back and forth while maintaining a smooth surface.
- the area other than the vicinity of the pressing member is kept flat in the longitudinal direction, it is possible to reduce the restrictions on the installation location and mounting method, and it can be installed on the wall or on the back of paintings, posters, decorative boards, etc. You can do it.
- a member having a damper effect such as an O-ring is preferably disposed between the piezoelectric film and the case.
- the sound generating surface is formed in a flat shape.
- the present invention is not limited to this, and the sound generating surface may be formed in a curved surface shape. .
- FIG. 15 (A) is a perspective view conceptually showing another example of the electroacoustic transducer of the present invention
- FIG. 15 (B) is a sectional view taken along line BB in FIG. 15 (A).
- (C) is a sectional view taken along line CC of (A).
- An electroacoustic transducer 150 illustrated in FIG. 15 includes a piezoelectric film 152, a viscoelastic support 156, and a fixing ring 158.
- the piezoelectric film 152 is the same as the piezoelectric film 10 except that it is formed in a rectangular shape.
- the short side of the piezoelectric film 152 has a length substantially equal to the height of the columnar viscoelastic support 156, and the long side has a length substantially equal to the circumferential length of the bottom surface of the viscoelastic support 156. is there.
- wirings 152 a and 152 b connected to the thin film electrodes are formed on one short side of the piezoelectric film 152.
- the viscoelastic support 156 is a cylindrical viscoelastic support having elasticity.
- a piezoelectric film 152 is wound around the peripheral surface of the viscoelastic support 156.
- a fixing ring 158 is fixed to the two bottom surface peripheral surfaces of the viscoelastic support 156 with the viscoelastic support 156 pressed in the radial direction via the piezoelectric film 152.
- the fixing ring 158 is a ring-shaped member having an inner diameter smaller than the outer diameter of the viscoelastic support 156, and is a member that presses and fixes the piezoelectric film 152 and the viscoelastic support 156.
- the piezoelectric film 152 is pressed by the piezoelectric film 152 in the vicinity of the fixing ring 158.
- the diameter is reduced, and the rising portion 150a is formed.
- the central region of the piezoelectric film 152 is pressed by the viscoelastic support 156 to form a substantially cylindrical flat portion 150b.
- FIG. 15C when viewed in the radial cross section of the viscoelastic support 156, the piezoelectric film 152 is formed in a circular shape along the peripheral surface of the viscoelastic support 156.
- the angle of the rising portion 150a (the angle with respect to the surface of the flat portion 150b) slightly changes according to the expansion and contraction of the piezoelectric film 152, and the flat portion 150b maintains a flat surface. Can generate sound by moving back and forth. Further, since the region other than the vicinity of the pressing member is kept flat in the height direction, it is possible to reduce restrictions on the installation location and the mounting method.
- the electroacoustic transducer of the present invention can be thinly configured as compared with a normal dynamic speaker or the like, and reproduces sound more accurately than a conventional electroacoustic transducer using a piezoelectric film. Therefore, it can be used suitably as a speaker of a thin display device such as a liquid crystal display device or an organic EL display device.
- a rectangular electroacoustic transducer as shown in FIG. 14 may be arranged on the side or below the display area of the display device and used as a speaker. Or you may arrange
- the piezoelectric film of the electroacoustic transducer of the present invention it is particularly preferable to use a film that uses a polymer material such as cyanoethylated PVA having viscoelasticity at room temperature as a viscoelastic matrix.
- a piezoelectric film using a viscoelastic matrix the sound quality does not change much even when a load is applied to the vibration surface (piezoelectric film). For this reason, for example, it can be used as a device for preventing falling asleep (functioning as a sensor or a speaker) by putting it in the headrest of an automobile seat, or it can be used as a device for apnea syndrome by putting it in a pillow. be able to.
- Example 1 The electroacoustic transducer 40 shown in FIG. 2 was produced by the assembly method described above.
- the inner diameter of the case 42 and the ring 44 that is, the size of the surface that generates sound was set to 140 mm.
- the depth of the cylinder part of case 42 was 10 mm.
- the piezoelectric film 10 was ⁇ 150 mm in size and 60 ⁇ m in thickness
- the material of the viscoelastic matrix of the piezoelectric layer 12 was cyanoethylated PVA
- the material of the piezoelectric particles 26 was PZT.
- the thin film electrodes 14 and 16 were 0.1 ⁇ m thick Cu thin films
- the protective layers 18 and 20 were 4 ⁇ m thick PET films.
- the viscoelastic support 46 is a felt material having a diameter of 140 mm, a height of 17 mm before assembly, and a density of 250 kg / m 3 . That is, the height of the viscoelastic support 46 before assembly when the edge of the case 42 is used as a reference is 7 mm.
- the viscoelastic support 46 is placed in the cylindrical portion of the case 42, the piezoelectric film 10 is disposed so as to cover the case 42 and the viscoelastic support 46, and the ring 44 is put on the piezoelectric film 10.
- the case 42 was fixed to produce an electroacoustic transducer 40.
- the shape of the surface of the piezoelectric film 10 of the electroacoustic transducer 40 thus manufactured was measured. Specifically, the height with respect to the lower surface of the ring 44 was measured at each position 1 cm from one end on a center line in a predetermined direction. That is, the position of 0 cm and the position of 14 cm are positions (ends) adjacent to the ring 44, and the position of 7 cm is the central part of the piezoelectric film 10. The results are shown in Table 1.
- Example 2 frequency characteristics were measured when a rectangular electroacoustic transducer as shown in FIG. 10 was used as a speaker.
- the size of the case 104 and the frame 108 that is, the size of the surface that generates sound was 210 ⁇ 300 mm (A4 size).
- the depth of the case 104 was 12 mm.
- the piezoelectric film 102 was the same as the piezoelectric film of Example 1 except that it was formed in a rectangular shape corresponding to the shape of the case 104.
- the viscoelastic support 106 corresponds to the shape of the case 104 and is the same as the viscoelastic support of Example 1 except that the viscoelastic support 106 has a shape accommodated in the case 104.
- a viscoelastic support 106 is placed inside the case 104, the piezoelectric film 102 is disposed so as to cover the case 104 and the viscoelastic support 106, and the frame 108 is covered from above the piezoelectric film 102. 108 was fixed to the case 104, and the electroacoustic transducer 100 was produced.
- the relationship (frequency characteristics) between the sound frequency and the sound pressure level generated by applying a voltage from the driving amplifier to the piezoelectric film of the electroacoustic transducer 100 produced in this way was measured.
- the output voltage of the driving amplifier has the characteristics shown by the solid line in FIG. Specifically, a constant current circuit was incorporated so that the output voltage approximated ⁇ 6 dB / octave (broken line). The measurement results are shown in FIG.
- Example 1 From the results of Example 1 and Example 2, in the electroacoustic transducer of the present invention, the piezoelectric film is formed almost flat, the sound pressure level is sufficiently high at any frequency, and a broadband and smooth frequency characteristic is realized. I understand that I can do it. Further, it can be seen that further widening of the bandwidth can be realized by incorporating a constant current circuit in the driving amplifier.
- the electroacoustic transducer and the display device of the present invention have been described in detail.
- the present invention is not limited to the above-described examples, and various improvements and modifications can be made without departing from the gist of the present invention. Of course it is good.
- Piezoelectric particles 40 100, 110, 120, 130, 140, 150 Electroacoustic transducers 40a, 100a, 140a, 150a Rising portions 40b, 100b, 140b, 150b Flat portions 42, 104, 144 Case 44 Rings 46, 106, 116, 126, 136, 146, 156 Viscoelastic supports 108, 148 Frame 114 Support plate 118 Screw 128 Support member 144a O-ring 158a, 158b Fixing ring
Landscapes
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Abstract
本発明は、薄く、しかも、十分な音量が得られ、音響特性に優れる平面型の電気音響変換器および表示デバイスを提供することを目的とする。本発明の電気音響変換器は、電界の状態に応じて伸縮する圧電フィルムと、圧電フィルムの一方の面に密着して配置される粘弾性支持体と、圧電フィルムを粘弾性支持体に押圧することにより、粘弾性支持体の少なくとも一部の厚さを薄くした状態で保持する押圧部材とを有し、圧電フィルムが、押圧部材によって押圧される押圧部を除く少なくとも一部で、粘弾性支持体の表面によって平面状に保持される平坦部と、押圧部と平坦部とに接続され、押圧部に対して交差する方向に延在する傾斜部とを有する。
Description
本発明は、振動体として圧電フィルムを用いた薄型の圧電スピーカやマイクロフォン等の電気音響変換器、および、これを用いる表示デバイスに関する。
ポリフッ化ビニリデン(PVDF:Poly VinyliDene Fluoride)の一軸延伸フィルムなどの高分子圧電材料や、高分子材料をマトリクスとして粉末状の圧電材料を分散してなる高分子複合圧電体など、シート状の圧電材料の両面に電極層を形成してなる、いわゆる圧電フィルムは印加電圧に応答して伸縮する性質を有している。これをスピーカとして採用するためには、フィルム面に沿った伸縮運動をフィルム面に垂直な方向の振動に変換する必要がある。上記した伸縮運動から振動への変換は、圧電フィルムを湾曲させた状態で保持することにより達成され、これにより、圧電フィルムをスピーカとして機能させることが可能になる。
しかしながら、一般的に圧電フィルム自体は剛性が低いため、スピーカの面積が大きくなると自重によって撓んでしまい、湾曲させた状態で保持することが困難になるため、スピーカの大型化には限界があった。
この課題に対して、圧電フィルムに機械的バイアスを与える工夫がなされている。例えば、特許文献1には、高分子圧電材料シートの両面に、蒸着等によって薄膜電極を形成し、薄膜電極の一端をバッキングを介してケースに固定し、他方の薄膜電極を、機械的バイアスを与える部材の上に形成した導電膜に圧接してなる電気音響変換器(携帯用発音装置)が記載されている。
しかしながら、一般的に圧電フィルム自体は剛性が低いため、スピーカの面積が大きくなると自重によって撓んでしまい、湾曲させた状態で保持することが困難になるため、スピーカの大型化には限界があった。
この課題に対して、圧電フィルムに機械的バイアスを与える工夫がなされている。例えば、特許文献1には、高分子圧電材料シートの両面に、蒸着等によって薄膜電極を形成し、薄膜電極の一端をバッキングを介してケースに固定し、他方の薄膜電極を、機械的バイアスを与える部材の上に形成した導電膜に圧接してなる電気音響変換器(携帯用発音装置)が記載されている。
この特許文献1には、電気音響変換器に用いる機械的バイアスを与える部材として、緩い曲率を有する部材が記載されている。
具体的には、圧電フィルムの伸縮方向の両端を、伸縮方向と略平行に隙間を両側に設けた取付板に固定すると共に、圧電フィルムの音波放射方向と逆側の薄膜電極を、地板を介して前記曲率を有する部材に押圧して、緩い曲率を有する部材と地板との間で電気的導通を取る構成が記載されている。
具体的には、圧電フィルムの伸縮方向の両端を、伸縮方向と略平行に隙間を両側に設けた取付板に固定すると共に、圧電フィルムの音波放射方向と逆側の薄膜電極を、地板を介して前記曲率を有する部材に押圧して、緩い曲率を有する部材と地板との間で電気的導通を取る構成が記載されている。
特許文献1に記載される電気音響変換器では、機械的バイアスを与えるための緩い曲率を有する部材に圧電フィルムを押圧することにより、周辺を固定された圧電フィルムが湾曲した形状となる。
この電気音響変換器においては、弾性部材が緩い曲率を有することにより、圧電フィルムのどの場所でも一定の機械的バイアスを与えることが可能になるため、圧電フィルムの伸縮運動が無駄なく前後運動へと変換され、供給された電力に応じた音を発生する。
この電気音響変換器においては、弾性部材が緩い曲率を有することにより、圧電フィルムのどの場所でも一定の機械的バイアスを与えることが可能になるため、圧電フィルムの伸縮運動が無駄なく前後運動へと変換され、供給された電力に応じた音を発生する。
前述のように、特許文献1に記載される電気音響変換器においては、機械的バイアスを与えるための緩い曲率を有する部材を用いることで、圧電フィルムのどの場所でも一定の機械的バイアスを与えることが可能になるため、圧電フィルムの伸縮運動が無駄なく前後運動へと変換することを可能にしている。
特許文献1では、電気音響変換器が、このような構成を有することにより、音色を広い周波数帯に渡って自由に選ぶことができ、かつ、部品点数の減少、構成や信頼性機構の簡易化等を図れるとしている。
特許文献1では、電気音響変換器が、このような構成を有することにより、音色を広い周波数帯に渡って自由に選ぶことができ、かつ、部品点数の減少、構成や信頼性機構の簡易化等を図れるとしている。
しかしながら、圧電フィルムに曲率を持たせた場合には、圧電フィルムが湾曲しているため、設置場所や取り付け方法に制約を受け、壁掛けとしたり、絵画、ポスター、装飾板等の裏面に設置したりするには適さない。また、スピーカの面積が大きくなると、緩い曲率であっても厚さが大きくなってしまい、本来の薄型スピーカとしての特長も損なわれてしまう。
このような問題を補うためには、圧電フィルムの曲率を小さく(曲率半径を大きく)すればよいが、平面に近づくと圧電フィルムの伸縮運動が前後運動できず音が出なくなってしまい、音圧(音量)が小さくなってしまう。
そのため、十分に薄く、かつ、高音量で、優れた音響特性を有する平面型の電気音響変換器は、実現されていない。
そのため、十分に薄く、かつ、高音量で、優れた音響特性を有する平面型の電気音響変換器は、実現されていない。
本発明の目的は、前記従来技術の問題点を解決することにあり、薄く、しかも、周波数特性や音量などの音響特性にも優れる平面型の電気音響変換器および表示デバイスを提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、互いに対向する2つの主面を有し、電界の状態に応じて主面が伸縮する圧電フィルムと、圧電フィルムの一方の主面に密着して配置される粘弾性支持体と、圧電フィルムを粘弾性支持体に押圧することにより、粘弾性支持体の少なくとも一部の厚さを薄くした状態で保持する押圧部材とを有し、圧電フィルムの主面に平行な所定の一方向において、圧電フィルムが、押圧部材によって押圧される押圧部を除く少なくとも一部で、粘弾性支持体の表面によって実質的に直線状に保持される平坦部と、押圧部と平坦部とに接続され、押圧部に対して交差する方向に延在する傾斜部とを有することを特徴とする電気音響変換器を提供する。
このような本発明において、圧電フィルムは、粘弾性支持体の全体を押圧しているのが好ましい。
また、傾斜部は、平坦部に接続され押圧部に向かう、曲線状の湾曲部と、湾曲部と押圧部とに接続され、押圧部に対して交差する方向に延在する立上がり部とを有するのが好ましい。
さらに、湾曲部の曲率半径が、1mm~300mmであるのが好ましい。
また、立上がり部と押圧部とが交差する角度が10°~90°であるのが好ましい。
また、圧電フィルムの、押圧部からの平坦部の高さが1mm~10mmであるのが好ましい。
また、傾斜部は、平坦部に接続され押圧部に向かう、曲線状の湾曲部と、湾曲部と押圧部とに接続され、押圧部に対して交差する方向に延在する立上がり部とを有するのが好ましい。
さらに、湾曲部の曲率半径が、1mm~300mmであるのが好ましい。
また、立上がり部と押圧部とが交差する角度が10°~90°であるのが好ましい。
また、圧電フィルムの、押圧部からの平坦部の高さが1mm~10mmであるのが好ましい。
また、押圧部材が、圧電フィルムの周縁部の少なくとも一部を押圧して、圧電フィルムを粘弾性支持体に押圧するのが好ましい。
また、押圧部材が、圧電フィルムの周縁部の全周を粘弾性支持体に押圧するのが好ましい。
また、押圧部材が、圧電フィルムの周縁部の全周を粘弾性支持体に押圧するのが好ましい。
また、粘弾性支持体を載置する支持体を有し、圧電フィルムが粘弾性支持体を覆うように配置されると共に、押圧部材が、圧電フィルムを粘弾性支持体に押圧して、粘弾性支持体の少なくとも一部の厚さが薄い状態で保持して、支持体に固定されるのが好ましい。
また、粘弾性支持体を、一部が突出した状態で収容する有底筒状の筐体を有し、圧電フィルムが、粘弾性支持体と筐体とを覆うように配置されると共に、押圧部材が、圧電フィルムを筐体に押圧することにより、圧電フィルムが粘弾性支持体を押圧して、粘弾性支持体の少なくとも一部の厚さが薄い状態で保持されるのが好ましい。
また、押圧部材が、圧電フィルムの周縁部の全周を筐体に押圧するのが好ましい。
また、押圧部材が、圧電フィルムの周縁部の少なくとも一部を筐体に押圧するのが好ましい。
また、粘弾性支持体を、一部が突出した状態で収容する有底筒状の筐体を有し、圧電フィルムが、粘弾性支持体と筐体とを覆うように配置されると共に、押圧部材が、圧電フィルムを筐体に押圧することにより、圧電フィルムが粘弾性支持体を押圧して、粘弾性支持体の少なくとも一部の厚さが薄い状態で保持されるのが好ましい。
また、押圧部材が、圧電フィルムの周縁部の全周を筐体に押圧するのが好ましい。
また、押圧部材が、圧電フィルムの周縁部の少なくとも一部を筐体に押圧するのが好ましい。
また、圧電フィルムが、高分子複合圧電体または高分子圧電材料からなるシート状の圧電体と、圧電体の両面に形成された薄膜電極と、薄膜電極の表面に形成された保護層とを有するものであるのが好ましい。
また、高分子複合圧電体が、常温で粘弾性を有する高分子材料からなる粘弾性マトリックス中に圧電体粒子を分散してなるものであるのが好ましい。
また、常温で粘弾性を有する高分子材料が、シアノエチル基を有するものであることが好ましい。
さらに、常温で粘弾性を有する高分子材料が、シアノエチル化ポリビニルアルコールからなるのが好ましい。
また、圧電フィルムの薄膜電極の少なくとも一方が、押圧部以外の領域に形成されるのが好ましい。
また、高分子複合圧電体が、常温で粘弾性を有する高分子材料からなる粘弾性マトリックス中に圧電体粒子を分散してなるものであるのが好ましい。
また、常温で粘弾性を有する高分子材料が、シアノエチル基を有するものであることが好ましい。
さらに、常温で粘弾性を有する高分子材料が、シアノエチル化ポリビニルアルコールからなるのが好ましい。
また、圧電フィルムの薄膜電極の少なくとも一方が、押圧部以外の領域に形成されるのが好ましい。
また、粘弾性支持体が、吸音効果を有することが好ましい。
また、粘弾性支持体が、繊維材料、或いは発泡材料であるのが好ましい。
また、粘弾性支持体がフェルト材、グラスウール、および、グラスウールとフェルト材との組み合わせのいずれか、或いは発泡プラスチックであるのが好ましい。
また、粘弾性支持体が、繊維材料、或いは発泡材料であるのが好ましい。
また、粘弾性支持体がフェルト材、グラスウール、および、グラスウールとフェルト材との組み合わせのいずれか、或いは発泡プラスチックであるのが好ましい。
ここで、フェルト材の比重が50~500kg/m3であるのが好ましい。
また、フェルト材が、羊毛からなるのが好ましい。
また、フェルト材が、レーヨンおよび/またはポリエステル繊維を含んだ羊毛フェルトからなるのが好ましい。
また、グラスウールの比重が20~100kg/m3であるのが好ましい。
また、発泡プラスチックの比重が16~100kg/m3であるのが好ましい。
また、発泡プラスチックが、ポリウレタンからなるのが好ましい。
また、フェルト材が、羊毛からなるのが好ましい。
また、フェルト材が、レーヨンおよび/またはポリエステル繊維を含んだ羊毛フェルトからなるのが好ましい。
また、グラスウールの比重が20~100kg/m3であるのが好ましい。
また、発泡プラスチックの比重が16~100kg/m3であるのが好ましい。
また、発泡プラスチックが、ポリウレタンからなるのが好ましい。
また、粘弾性支持体の、圧電フィルムに押圧される前の、圧電フィルムと密着する面が平面であるのが好ましい。
また、粘弾性支持体の、圧電フィルムに押圧される前の厚さが、1~50mmであるのが好ましい。
また、圧電フィルムの平坦部での、粘弾性支持体の押圧力が0.02~0.2MPaであるのが好ましい。
また、圧電フィルムおよび粘弾性支持体が、円形状、オーバル形状、または矩形状であるのが好ましい。
また、出力電圧が-6dB/オクターブに近似するようなアンプで駆動されることが好ましい。
また、粘弾性支持体の、圧電フィルムに押圧される前の厚さが、1~50mmであるのが好ましい。
また、圧電フィルムの平坦部での、粘弾性支持体の押圧力が0.02~0.2MPaであるのが好ましい。
また、圧電フィルムおよび粘弾性支持体が、円形状、オーバル形状、または矩形状であるのが好ましい。
また、出力電圧が-6dB/オクターブに近似するようなアンプで駆動されることが好ましい。
また、上記目的を達成するために、本発明は、上記の電気音響変換器をスピーカ部として用いた表示デバイスを提供する。
上記構成を有する本発明は、電界の状態に応じて伸縮する圧電フィルムと、圧電フィルムの一方の面に密着して配置される粘弾性支持体と、圧電フィルムを粘弾性支持体に押圧することにより、粘弾性支持体の少なくとも一部の厚さを薄くした状態で保持する押圧部材とを有し、圧電フィルムが、押圧部材によって押圧される押圧部を除く少なくとも一部で、粘弾性支持体の表面によって平面状に保持される平坦部と、押圧部と平坦部とに接続され、押圧部に対して交差する方向に延在する傾斜部とを有する。傾斜部において粘弾性支持体は押圧部に近づくほど厚さ方向に圧縮された状態になるが、静的粘弾性効果(応力緩和)によって平坦部とほぼ変わらない機械的バイアスを圧電フィルムに与えることが可能になる。その結果、圧電フィルムのどの場所でも機械的バイアスを一定に保つことができ、緩い曲率を有する部材を用いた場合と同様に、圧電フィルムの伸縮運動が無駄なく前後運動へと変換されるため、薄く、しかも、十分な音量が得られ、音響特性に優れる平面状の電気音響変換器を得ることができる。
また、保持部材近傍以外の領域が平坦に維持されるので、設置場所や取り付け方法の制約を低減することができ、壁掛けとしたり、絵画、ポスター、装飾板等の裏面に設置したりすることができる。
また、保持部材近傍以外の領域が平坦に維持されるので、設置場所や取り付け方法の制約を低減することができ、壁掛けとしたり、絵画、ポスター、装飾板等の裏面に設置したりすることができる。
以下、本発明の電気音響変換器について、添付の図面に示される好適実施例を基に、詳細に説明する。
図1に、本発明の電気音響変換器の一例を概念的に示し、図2に、図1に示す電気音響変換器のII-II線における断面図を示す。
図1および図2に示す電気音響変換器40は、基本的に、圧電フィルム10と、ケース42と、46と、リング44とを有して構成される。
ここで、本発明の電気音響変換器40は、圧電フィルム10が、押圧部材であるリング44によって粘弾性支持体46に押圧され、粘弾性支持体46が圧縮されると共に、圧電フィルム10が、リング44による押圧によって形成される立上がり部(傾斜部)40aと、立上がり部40a以外の実質的に平面状の領域(平坦部40b)を有するものである。
図1および図2に示す電気音響変換器40は、基本的に、圧電フィルム10と、ケース42と、46と、リング44とを有して構成される。
ここで、本発明の電気音響変換器40は、圧電フィルム10が、押圧部材であるリング44によって粘弾性支持体46に押圧され、粘弾性支持体46が圧縮されると共に、圧電フィルム10が、リング44による押圧によって形成される立上がり部(傾斜部)40aと、立上がり部40a以外の実質的に平面状の領域(平坦部40b)を有するものである。
ケース42は、リング44と共に、圧電フィルム10および粘弾性支持体46を保持する保持部材であり、プラスチック等で形成される、薄い有底円筒状の筐体である。ケース42は、筒内に粘弾性支持体46を収容する。また、筒部の深さは、粘弾性支持体46の高さよりも小さい。
粘弾性支持体46は、適度な粘性と弾性を有し、圧電フィルム10を支持すると共に、圧電フィルムのどの場所でも一定の機械的バイアスを与えることによって、圧電フィルムの伸縮運動を無駄なく前後運動(フィルムの面に垂直な方向の運動)に変換させるためのものである。図示例は、粘弾性支持体46としてフェルト材を用いた。また、図示例において、粘弾性支持体46は、ケース42の内径と略同等の外径を有する円柱形状であり、ケース42の筒内に配置される。また、粘弾性支持体46の高さは、ケース42の筒部の深さよりも大きい。
粘弾性支持体46の材料としては、適度な粘性と弾性を有し、かつ、圧電フィルムの振動を妨げず、好適に変形するものであれば、特に限定はない。具体的には、レーヨンやPET等のポリエステル繊維を含んだ羊毛フェルトやグラスウールなどの繊維材料、或いはポリウレタンなどの発泡材料(発泡プラスチック)を用いることが好ましい。
ここで、フェルトの比重は、50~500kg/m3の範囲にあるのが好ましく、100~300kg/m3であるのがより好ましい。
また、グラスウールの比重は、20~100kg/m3の範囲にあるのが好ましい。
また、ポリウレタン(発泡プラスチック)の比重は、16~100kg/m3の範囲にあるのが好ましい。
粘弾性支持体46としてフェルトを用いる場合のフェルトの比重、および、粘弾性支持体46としてグラスウールを用いる場合のグラスウールの比重、或いは、粘弾性支持体46としてポリウレタンを用いる場合のポリウレタンの比重の範囲をそれぞれ、上記範囲とすることにより、後述するように、圧電フィルム10の形状を、周辺部に立上がり部40aが形成され、かつ、中央部には実質的に平坦な平坦部40bが形成される形状とすることができる。
ここで、フェルトの比重は、50~500kg/m3の範囲にあるのが好ましく、100~300kg/m3であるのがより好ましい。
また、グラスウールの比重は、20~100kg/m3の範囲にあるのが好ましい。
また、ポリウレタン(発泡プラスチック)の比重は、16~100kg/m3の範囲にあるのが好ましい。
粘弾性支持体46としてフェルトを用いる場合のフェルトの比重、および、粘弾性支持体46としてグラスウールを用いる場合のグラスウールの比重、或いは、粘弾性支持体46としてポリウレタンを用いる場合のポリウレタンの比重の範囲をそれぞれ、上記範囲とすることにより、後述するように、圧電フィルム10の形状を、周辺部に立上がり部40aが形成され、かつ、中央部には実質的に平坦な平坦部40bが形成される形状とすることができる。
また、粘弾性支持体46は、平坦部40bに対応する部分でも、圧電フィルム10によってケース42側に押圧されており、粘弾性支持体46が、圧電フィルム10の平坦部40bを押圧する面圧は、0.02~0.2MPaとすることが好ましい。
圧電フィルム10は、圧電性を有し、電界の状態に応じて面内方向に伸縮する円形状の薄膜であり、図2に示すように、粘弾性支持体46およびケース42を覆うように配置されている。ここで、圧電フィルム10は、後述するリング44によって周縁部がケース42の縁部に押圧され、中央部が粘弾性支持体46によってケース42側とは反対側の方向に押圧されることにより、リング44の近傍の領域において、曲率が急激に変動して、リング44に向かって低くなる立上がり部40aが形成され、また、中央部には実質的に平面状の平坦部40bが形成される。
傾斜部において粘弾性支持体は押圧部に近づくほど厚さ方向に圧縮された状態になるが、静的粘弾性効果(応力緩和)によって、圧電フィルムのどの場所でも機械的バイアスを一定に保つことができる。これにより、緩い曲率を有する部材を用いた場合と同様に、圧電フィルムの伸縮運動が無駄なく前後運動へと変換されるため、薄型、かつ、十分な音量が得られ、音響特性に優れる平面状の電気音響変換器を得ることができる。
これにより、設置場所や取り付け方法の制約を低減することができ、壁掛けとしたり、絵画、ポスター、装飾板等の裏面に設置したりすることができる。
これにより、設置場所や取り付け方法の制約を低減することができ、壁掛けとしたり、絵画、ポスター、装飾板等の裏面に設置したりすることができる。
なお、圧電フィルム10の、リング44に押圧された面(押圧部)から、平坦部40bまでの高さ(押圧部から最も高い位置の高さ)hは、1mm~10mmとすることが好ましい。
高さhをこの範囲とすることにより、薄型の電気音響変換器とすることができると共に、駆動電圧を印加した際に、圧電フィルム10が十分に前後運動(振動)することができるので、精度良く音を再現することができ、かつ、十分な音量を得ることができる。
高さhをこの範囲とすることにより、薄型の電気音響変換器とすることができると共に、駆動電圧を印加した際に、圧電フィルム10が十分に前後運動(振動)することができるので、精度良く音を再現することができ、かつ、十分な音量を得ることができる。
また、立上がり部40aと押圧部との交差角度は、10°~90°とすることが好ましい。
立上がり部40aの角度をこの範囲とすることで、圧電フィルム10伸縮に応じて、圧電フィルム10の平坦部40bが十分に前後運動(振動)することができるので、精度良く音を再現することができ、かつ、十分な音量を得ることができる。
立上がり部40aの角度をこの範囲とすることで、圧電フィルム10伸縮に応じて、圧電フィルム10の平坦部40bが十分に前後運動(振動)することができるので、精度良く音を再現することができ、かつ、十分な音量を得ることができる。
図3に、圧電フィルム10の一部を表す概略断面図を示す。
圧電フィルム10は、基本的に、高分子複合圧電体からなる圧電体層12と、圧電体層12の一面に設けられる薄膜電極14および他面に設けられる薄膜電極16と、薄膜電極14の表面に設けられる保護層18および薄膜電極16の表面に設けられる保護層20と、を有して構成される。
圧電フィルム10は、基本的に、高分子複合圧電体からなる圧電体層12と、圧電体層12の一面に設けられる薄膜電極14および他面に設けられる薄膜電極16と、薄膜電極14の表面に設けられる保護層18および薄膜電極16の表面に設けられる保護層20と、を有して構成される。
圧電体層12は、前述のとおり、高分子複合圧電体からなるものである。
圧電体層12を形成する高分子複合圧電体は、常温で粘弾性を有する高分子材料からなる粘弾性マトリックス24中に、圧電体粒子26を均一に分散したものである。また、好ましくは、圧電体層12は、ポーリング(分極)されている。
圧電体層12を形成する高分子複合圧電体は、常温で粘弾性を有する高分子材料からなる粘弾性マトリックス24中に、圧電体粒子26を均一に分散したものである。また、好ましくは、圧電体層12は、ポーリング(分極)されている。
なお、図3においては、圧電体層12中の圧電体粒子26は、粘弾性マトリックス24中に、規則性を持って分散されているが、不規則に分散されていてもよい。
また、好ましくは、圧電体層12を構成する高分子複合圧電体の粘弾性マトリックス24(粘弾性マトリックス兼バインダ)として、シアノエチル化ポリビニルアルコールを用いる。シアノエチル化ビニルアルコール(以下、シアノエチル化PVAともいう)は、常温で粘弾性を有する高分子材料である。
また、好ましくは、圧電体層12を構成する高分子複合圧電体の粘弾性マトリックス24(粘弾性マトリックス兼バインダ)として、シアノエチル化ポリビニルアルコールを用いる。シアノエチル化ビニルアルコール(以下、シアノエチル化PVAともいう)は、常温で粘弾性を有する高分子材料である。
従って、粘弾性マトリックス24がシアノエチル化PVAである圧電体層12は、高い粘弾性効果を有しており、リング44の近傍の曲率が急激に変化する箇所においても、高分子粘弾性マトリックス/圧電体粒子界面の応力集中が緩和されるため、圧電体層12の内部でクラック等が発生することなく、非常に好適である。
なお、粘弾性マトリックス24は、シアノエチル化PVA単体からなるものに限定はされず、シアノエチル化PVAに、更に高誘電性或は強誘電性ポリマーであるポリ弗化ビニリデン、弗化ビニリデン-テトラフルオロエチレン共重合体、弗化ビニリデン-トリフルオロエチレン共重合体、ポリ弗化ビニリデン-トリフルオロエチレン共重合体及びポリ弗化ビニリデン-テトラフルオロエチレン共重合体等の弗素系高分子、又は、シアン化ビニリデン-酢酸ビニル共重合体、シアノエチルセルロース、シアノエチルヒドロキシサッカロース、シアノエチルヒドロキシセルロース、シアノエチルヒドロキシプルラン、シアノエチルメタクリレート、シアノエチルアクリレート、シアノエチルヒドロキシエチルセルロース、シアノエチルアミロース、シアノエチルヒドロキシプロピルセルロース、シアノエチルジヒドロキシプロピルセルロース、シアノエチルヒドロキシプロピルアミロース、シアノエチルポリアクリルアミド、シアノエチルポリアクリレート、シアノエチルプルラン、シアノエチルポリヒドロキシメチレン、シアノエチルグリシドールプルラン、シアノエチルサッカロース及びシアノエチルソルビトール等のシアノ基或はシアノエチル基を有するポリマー、又は、ニトリルゴム及びクロロプレンゴム等の合成ゴムの内の少なくとも1つが添加されたものであってもよい。
また、粘弾性マトリックス24は、シアノエチル化PVAを含有するものに限定はされず、例えば、シアノエチル化プルラン等のシアノエチル基を有する材料を用いることができる。また粘弾性マトリックス24として用いられる材料は、常温で粘弾性を有することが好ましい。
圧電体粒子26は、圧電体の粒子である。圧電体粒子26は、好ましくは、ペロブスカイト型結晶構造を有するセラミックス粒子からなるものである。
圧電体粒子26を構成するセラミックス粒子としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、チタン酸ジルコン酸ランタン酸鉛(PLZT)、チタン酸バリウム(BaTiO3)、および、チタン酸バリウムとビスマスフェライト(BiFe3)との固溶体(BFBT)等が例示される。
圧電体粒子26を構成するセラミックス粒子としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、チタン酸ジルコン酸ランタン酸鉛(PLZT)、チタン酸バリウム(BaTiO3)、および、チタン酸バリウムとビスマスフェライト(BiFe3)との固溶体(BFBT)等が例示される。
また、圧電体粒子26の粒径には、特に限定は無く、圧電フィルム10のサイズ、圧電フィルム10の用途、圧電フィルム10に要求される特性等に応じて、適宜、設定すればよい。
また、圧電体層12(高分子複合圧電体)中における粘弾性マトリックス24と圧電体粒子26との量比には、特に限定はない。すなわち、粘弾性マトリックス24と圧電体粒子26との量比は、圧電フィルム10のサイズ(面方向の大きさ)や厚さ、圧電フィルム10の用途、圧電フィルム10に要求される特性等に応じて、適宜、設定すればよい。
また、圧電体層12(高分子複合圧電体)中における粘弾性マトリックス24と圧電体粒子26との量比には、特に限定はない。すなわち、粘弾性マトリックス24と圧電体粒子26との量比は、圧電フィルム10のサイズ(面方向の大きさ)や厚さ、圧電フィルム10の用途、圧電フィルム10に要求される特性等に応じて、適宜、設定すればよい。
また、圧電体層12の厚さにも、特に限定はなく、圧電フィルム10のサイズ、圧電フィルム10の用途、圧電フィルム10に要求される特性等に応じて、適宜、設定すればよい。
ここで、本発明者の検討によれば、圧電体層12の厚さは、10~200μm、特に、30~100μmが好ましい。
圧電体層12の厚さを、上記範囲とすることにより、圧電フィルム10の強度の確保と、前後運動(振動)に好適な適度な柔軟性を両立することができる点で好ましい結果を得ることができる。
また、圧電体層12は、分極処理(ポーリング)されているのが、好ましい。
ここで、本発明者の検討によれば、圧電体層12の厚さは、10~200μm、特に、30~100μmが好ましい。
圧電体層12の厚さを、上記範囲とすることにより、圧電フィルム10の強度の確保と、前後運動(振動)に好適な適度な柔軟性を両立することができる点で好ましい結果を得ることができる。
また、圧電体層12は、分極処理(ポーリング)されているのが、好ましい。
また、本実施例においては、圧電体層12として、高分子複合圧電体を用いたが、本発明は、これに限定はされず、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)等の圧電性を有する高分子圧電材料を用いてもよい。
なお、一軸延伸されたPVDFは、その圧電特性に面内異方性があるのに対し、高分子複合圧電体は面内異方性がないため、PVDFと比較してより好適に伸縮運動を前後運動に変換することができ、十分な音量と音質を得ることができる点で好ましい。
なお、一軸延伸されたPVDFは、その圧電特性に面内異方性があるのに対し、高分子複合圧電体は面内異方性がないため、PVDFと比較してより好適に伸縮運動を前後運動に変換することができ、十分な音量と音質を得ることができる点で好ましい。
圧電フィルム10において、圧電体層12の一方の表面には薄膜電極14が、他方の表面には薄膜電極16が、それぞれ設けられる。すなわち、圧電体層12の両面に、圧電体層12を挟持するようにして薄膜電極が形成される。
薄膜電極14および16は、圧電体層12に駆動電圧を印加するための電極である。
薄膜電極14および16の形成材料には、特に、限定はなく、各種の導電体が利用可能である。具体的には、C、Pd、Fe、Sn、Al、Ni、Pt、Au、Ag、Cu、CrおよびMo等や、これらの合金が例示される。
また、薄膜電極14の形成方法にも、特に限定はなく、真空蒸着やスパッタリング等の気相堆積法(真空成膜法)による成膜や、上記材料で形成された箔を貼着する方法等、公知の方法が、各種、利用可能である。
薄膜電極14および16の形成材料には、特に、限定はなく、各種の導電体が利用可能である。具体的には、C、Pd、Fe、Sn、Al、Ni、Pt、Au、Ag、Cu、CrおよびMo等や、これらの合金が例示される。
また、薄膜電極14の形成方法にも、特に限定はなく、真空蒸着やスパッタリング等の気相堆積法(真空成膜法)による成膜や、上記材料で形成された箔を貼着する方法等、公知の方法が、各種、利用可能である。
中でも特に、圧電フィルム10の可撓性すなわち前後運動の大きさが確保できる、圧電体層の変形を拘束しない薄い電極層を形成できる等の理由で、真空蒸着によって成膜された銅やアルミの薄膜は、薄膜電極14および16として、好適に利用される。
薄膜電極14および16の厚さには、特に、限定は無いが、1μm以下が好ましい。また、薄膜電極14および16の厚さは、基本的に同じであるが、異なってもよい。
なお、薄膜電極14および16の厚さは、可能な範囲で薄い方が好ましいが、大型サイズの圧電フィルム10の場合には、影響を無視できる場合も有るので、圧電フィルム10のサイズ、圧電フィルム10に要求される性能や特性、取り扱い性等に応じて、適宜、決定すればよい。
この、薄膜電極14および16の厚さと圧電フィルム10の大きさとの関係に関しては、後に詳述する、保護層18および20と圧電フィルム10の大きさとの関係と、同様である。
この、薄膜電極14および16の厚さと圧電フィルム10の大きさとの関係に関しては、後に詳述する、保護層18および20と圧電フィルム10の大きさとの関係と、同様である。
また、薄膜電極14および/または薄膜電極16は、必ずしも、圧電体層12(保護層18および/または20)の全面に対応して形成される必要はない。
すなわち、薄膜電極14および薄膜電極16の少なくとも一方が、例えば圧電体層12よりも小さく、圧電フィルム10の周辺部において、圧電体層12と保護膜とが、直接、接触するような構成でもよい。具体的には、後述する図6に示す電気音響変換器40のように、上面側(音の発生方向側)もしくは下面側の薄膜電極が、リング44の内径よりも小さい構成とすることが許される。
すなわち、薄膜電極14および薄膜電極16の少なくとも一方が、例えば圧電体層12よりも小さく、圧電フィルム10の周辺部において、圧電体層12と保護膜とが、直接、接触するような構成でもよい。具体的には、後述する図6に示す電気音響変換器40のように、上面側(音の発生方向側)もしくは下面側の薄膜電極が、リング44の内径よりも小さい構成とすることが許される。
薄膜電極14の表面には保護層18が、薄膜電極16の表面には保護層20が、それぞれ設けられる。
保護層18および20は、圧電体層12、薄膜電極14および16を保護すると共に、圧電フィルム10を支持する支持体層としても作用するものである。
保護層18および20は、圧電体層12、薄膜電極14および16を保護すると共に、圧電フィルム10を支持する支持体層としても作用するものである。
保護層18および20には、特に限定はなく、各種のシート状物が利用可能であり、一例として、各種の樹脂フィルム(プラスチックフィルム)が好適に例示される。中でも、優れた機械的強度、耐熱性を有する等の理由により、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(PS)、ポリカーボネート(PC)、ポリフェニレンサルファイト(PPS)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリイミド(PI)、ポリエチレンナフタレート(PN)、および、環状オレフィン系樹脂は、好適に利用される。
保護層18および20の厚さにも、特に、限定は無い。また、保護層18および20の厚さは、基本的に同じであるが、異なってもよい。
ここで、前述の薄膜電極14等と同様、保護層18および20の剛性が高いと、圧電体層12の伸縮を拘束してしまうため、結果として圧電フィルムの前後運動の振幅が小さくなってしまう。従って、電気音響変換器40の性能を考えると、保護層18および20は、薄いほど有利である。
ここで、前述の薄膜電極14等と同様、保護層18および20の剛性が高いと、圧電体層12の伸縮を拘束してしまうため、結果として圧電フィルムの前後運動の振幅が小さくなってしまう。従って、電気音響変換器40の性能を考えると、保護層18および20は、薄いほど有利である。
その反面、前述のように、保護層18および20は、樹脂フィルムを利用するので、薄いほど、取り扱い(ハンドリング)が困難になる。
また、保護層18および20は、圧電フィルム10の支持体としての作用も有するが、保護層が薄すぎると、保護層および支持体として、十分な機能を発現できなくなってしまう。加えて、圧電フィルム10に、機械的強度やシート状物としての良好なハンドリング性が要求される場合には、保護層18および20は、厚い方が有利である。
しかしながら、保護層18および20が厚く、剛性が高過ぎると、圧電体層12の伸縮を拘束するばかりか、可撓性も損なわれるため、機械的強度やシート状物としての良好なハンドリング性が要求される場合を除けば、保護層18および20は、薄いほど有利である。
従って、保護層18および20の厚さは、圧電フィルム10すなわち音響デバイスに要求される音響的な性能、圧電フィルム10に要求されるハンドリング性、圧電フィルム10に要求される機械的強度等に応じて、適宜、設定すればよい。
また、保護層18および20は、圧電フィルム10の支持体としての作用も有するが、保護層が薄すぎると、保護層および支持体として、十分な機能を発現できなくなってしまう。加えて、圧電フィルム10に、機械的強度やシート状物としての良好なハンドリング性が要求される場合には、保護層18および20は、厚い方が有利である。
しかしながら、保護層18および20が厚く、剛性が高過ぎると、圧電体層12の伸縮を拘束するばかりか、可撓性も損なわれるため、機械的強度やシート状物としての良好なハンドリング性が要求される場合を除けば、保護層18および20は、薄いほど有利である。
従って、保護層18および20の厚さは、圧電フィルム10すなわち音響デバイスに要求される音響的な性能、圧電フィルム10に要求されるハンドリング性、圧電フィルム10に要求される機械的強度等に応じて、適宜、設定すればよい。
ここで、本発明者の検討によれば、保護層の厚さが、圧電体層12の厚さの2倍以下であれば、剛性の確保と適度な柔軟性との両立等の点で好ましい結果を得ることができる。
例えば、圧電体層12の厚さが50μmで保護層18および20がPETからなる場合、保護層18および20の厚さは、100μm以下が好ましく、50μm以下がより好ましく、中でも25μm以下とするのが好ましい。
例えば、圧電体層12の厚さが50μmで保護層18および20がPETからなる場合、保護層18および20の厚さは、100μm以下が好ましく、50μm以下がより好ましく、中でも25μm以下とするのが好ましい。
このような圧電フィルム10の製造方法としては、シアノエチル化PVAを溶媒に溶解し、さらに、PZT粒子等の圧電体粒子26を添加し、攪拌して分散してなる塗料を、保護層18の上に薄膜電極14が形成されたシート状物に、キャスティング(塗布)して、有機溶媒を蒸発して乾燥した後に、保護層20の上に薄膜電極16が形成されたシート状物を積層し、熱圧着して製造する方法がある。
あるいは、シアノエチル化PVAを加熱溶融して、これに圧電体粒子26を添加/分散してなる溶融物を作製し、押し出し成形等によって、シート状物(保護層18の上に薄膜電極14が形成されたシート状物)の上にシート状に押し出し、冷却して圧電体層12を形成してもよい。
また、シート状物上に塗布した塗料を乾燥した後に、圧電体層12の分極処理(ポーリング)を行うことが好ましい。
あるいは、シアノエチル化PVAを加熱溶融して、これに圧電体粒子26を添加/分散してなる溶融物を作製し、押し出し成形等によって、シート状物(保護層18の上に薄膜電極14が形成されたシート状物)の上にシート状に押し出し、冷却して圧電体層12を形成してもよい。
また、シート状物上に塗布した塗料を乾燥した後に、圧電体層12の分極処理(ポーリング)を行うことが好ましい。
このような圧電フィルム10の製造は、カットシート状の前記シート状物を用いて製造を行っても良いが、ロール・トゥ・ロール(Roll to Roll)を利用して製造を行うことが好ましい。
リング44は、圧電フィルム10を押圧する押圧部材であり、金属やプラスチック等で形成される、中央に貫通穴を有する円形状の板状部材である。リング44の外径および内径はそれぞれ、ケース42の外径および内径と略同等である。
リング44は、圧電フィルム10をケース42の縁部に押圧した状態で、ケース42に固定されている。なお、リング44とケース42との固定方法には特に限定はなく、ねじ止め、固定用の治具を用いる方法等、種々の公知の固定方法が利用できる。
リング44は、圧電フィルム10をケース42の縁部に押圧した状態で、ケース42に固定されている。なお、リング44とケース42との固定方法には特に限定はなく、ねじ止め、固定用の治具を用いる方法等、種々の公知の固定方法が利用できる。
次に、図4を用いて、この電気音響変換器40の組立工程を説明する。
図4(A)~(D)は、図1に示す電気音響変換器40の組立工程を説明するための概念的斜視図である。
図4(A)~(D)は、図1に示す電気音響変換器40の組立工程を説明するための概念的斜視図である。
図4(A)に示すように、ケース42の筒内に円柱状の粘弾性支持体46を収容する。ここで、粘弾性支持体46の高さは、ケース42の筒部の深さよりも高いので、図4(B)に示すように、リング44がケース42に固定される前の状態では、粘弾性支持体46は、ケース42の上面(開放面)よりも突出した状態となっている。
次に、図4(B)に示すように、粘弾性支持体46の上面に、粘弾性支持体46およびケース42を覆うように圧電フィルム10を配置する。さらに、図4(C)に示すように、圧電フィルム10の上方から、圧電フィルム10の周縁部をケース42の開放面の縁部に押圧するようにリング44を配置して、リング44をケース42に固定する(図4(D))ことにより、電気音響変換器40を組み立てる。
このように、電気音響変換器40においては、粘弾性支持体46は、高さ(厚さ)がケース42の内面の高さ(筒部の深さ)よりも厚い、円柱状である。そのため、電気音響変換器40では、粘弾性支持体46の周辺部(リング44の近傍)では、粘弾性支持体46が圧電フィルム10によって下方に押圧されて厚さが薄くなった状態で、保持される。また、同じく粘弾性支持体46の周辺部において、圧電フィルム10の曲率が急激に変動し、圧電フィルム10に、粘弾性支持体46の周辺に向かって低くなる立上がり部40aが形成される。さらに、圧電フィルム10の中央領域は円柱状の粘弾性支持体46に押圧されて、実質的に平面状になっている。
ここで、図5に、組立が完了した状態の電気音響変換器40の概略断面図を示す。また、図5には、ケース42に載置し、圧電フィルム10をリング44で押圧する前の状態の、組立前の粘弾性支持体46aを破線で示している。
図5に示すように、組立後の電気音響変換器40の粘弾性支持体46は、圧電フィルム10によって全体がケース42側に押圧されて、組立前の粘弾性支持体46aよりも全体の厚さが薄くなっている。すなわち、組立後の電気音響変換器は40、立上がり部40aのみならず、平坦部40bにおいても、粘弾性支持体46が圧縮されて厚さが薄くなっている。
立ち上がり部40aにおいて粘弾性支持体は押圧部に近づくほど厚さ方向に圧縮された状態になるが、静的粘弾性効果(応力緩和)によって平坦部とほぼ変わらない機械的バイアスを圧電フィルムに与えることが可能である。その結果、圧電フィルムのどの場所でも機械的バイアスを一定に保つことができ、緩い曲率を有する部材を用いた場合と同様に、圧電フィルムの伸縮運動が無駄なく前後運動へと変換されるため、薄型、かつ、十分な音量が得られ、音響特性に優れる平面状の電気音響変換器を得ることができる。
図5に示すように、組立後の電気音響変換器40の粘弾性支持体46は、圧電フィルム10によって全体がケース42側に押圧されて、組立前の粘弾性支持体46aよりも全体の厚さが薄くなっている。すなわち、組立後の電気音響変換器は40、立上がり部40aのみならず、平坦部40bにおいても、粘弾性支持体46が圧縮されて厚さが薄くなっている。
立ち上がり部40aにおいて粘弾性支持体は押圧部に近づくほど厚さ方向に圧縮された状態になるが、静的粘弾性効果(応力緩和)によって平坦部とほぼ変わらない機械的バイアスを圧電フィルムに与えることが可能である。その結果、圧電フィルムのどの場所でも機械的バイアスを一定に保つことができ、緩い曲率を有する部材を用いた場合と同様に、圧電フィルムの伸縮運動が無駄なく前後運動へと変換されるため、薄型、かつ、十分な音量が得られ、音響特性に優れる平面状の電気音響変換器を得ることができる。
次に、図6および図7~9を用いて、この電気音響変換器40の動作を説明する。
図6は、電気音響変換器40を駆動するために印加する駆動電圧を模式的に表すグラフである。また、図7(A)は、図6のa点における電気音響変換器40の状態を概念的に示す上面図であり、図7(B)は、図7(A)のB-B線断面図である。また、図8(A)は、図6のb点における電気音響変換器40の状態を概念的に示す上面図であり、図8(B)は、図8(A)のB-B線断面図である。また、図9(A)は、図6のc点における電気音響変換器40の状態を概念的に示す上面図であり、図9(B)は、図9(A)のB-B線断面図である。
なお、図7~図9においては、簡単のため薄膜電極14の大きさが平坦部40bの大きさと略同等の構成とした。また、保護層18および20の図示は省略している。
図6は、電気音響変換器40を駆動するために印加する駆動電圧を模式的に表すグラフである。また、図7(A)は、図6のa点における電気音響変換器40の状態を概念的に示す上面図であり、図7(B)は、図7(A)のB-B線断面図である。また、図8(A)は、図6のb点における電気音響変換器40の状態を概念的に示す上面図であり、図8(B)は、図8(A)のB-B線断面図である。また、図9(A)は、図6のc点における電気音響変換器40の状態を概念的に示す上面図であり、図9(B)は、図9(A)のB-B線断面図である。
なお、図7~図9においては、簡単のため薄膜電極14の大きさが平坦部40bの大きさと略同等の構成とした。また、保護層18および20の図示は省略している。
電気音響変換器40に図6に示す駆動電圧を印加すると、印加される駆動電圧に応じて、圧電フィルム10が伸縮し、前後運動する。
具体的には、a点のように、駆動電圧が0のときには、図7(A)および(B)に示すように、圧電フィルム10は、伸縮していないので、粘弾性支持体46およびリング44に押圧されて、立上がり部40aと平坦部40bとを有する形状に形成されている。
具体的には、a点のように、駆動電圧が0のときには、図7(A)および(B)に示すように、圧電フィルム10は、伸縮していないので、粘弾性支持体46およびリング44に押圧されて、立上がり部40aと平坦部40bとを有する形状に形成されている。
次に、b点のように、正の駆動電圧が印加されたときには、図8(A)に示すように、電圧が印加される領域、すなわち、薄膜電極16が形成されている領域(平坦部40b)の圧電フィルム10が面内方向に収縮して、図7(A)の状態のときの平坦部40bよりも小さくなる。そのため、この収縮分を吸収するため、図8(B)に示すように、圧電フィルム10の立上がり部40aが、倒れる方向(平面に近くなる方向)に角度を変える。その際、圧電フィルム10によって圧縮された状態で保持されている粘弾性支持体46は、下方(ケース42側)に更に縮むので、平坦部40bは平坦に保持された状態で、下方(ケース42側)に移動する。
この時、粘弾性支持体が周辺部(立ち上がり部)で圧縮に伴う弾性エネルギーを貯めた込んだ状態だと、周辺部において圧電フィルムを押し返そうとする力が働くのだが、上述した粘弾性効果(応力緩和)によって、立ち上がり部40aにおいても平坦部とほぼ変わらない機械的バイアスが圧電フィルムに掛かっているため、圧電フィルムの収縮分は無駄なく均等に下方への移動量に変換される。
ここで、正の電圧とは、分極処理の電圧印加方向である。そのため、正の駆動電圧を印加すると、圧電フィルム10は、膜厚方向に延び、面内方向には縮む。
この時、粘弾性支持体が周辺部(立ち上がり部)で圧縮に伴う弾性エネルギーを貯めた込んだ状態だと、周辺部において圧電フィルムを押し返そうとする力が働くのだが、上述した粘弾性効果(応力緩和)によって、立ち上がり部40aにおいても平坦部とほぼ変わらない機械的バイアスが圧電フィルムに掛かっているため、圧電フィルムの収縮分は無駄なく均等に下方への移動量に変換される。
ここで、正の電圧とは、分極処理の電圧印加方向である。そのため、正の駆動電圧を印加すると、圧電フィルム10は、膜厚方向に延び、面内方向には縮む。
一方、c点のように、負の駆動電圧が印加されたときには、図8(A)に示すように、薄膜電極16が形成されている領域(平坦部40b)の圧電フィルム10が面内方向に伸長して、図7(A)の状態のときの平坦部40bよりも大きくなる。そのため、この伸長分を吸収するために、圧電フィルム10の立上がり部40aが、立ち上がる方向(押圧部との交差角度が90°に近くなる方向)に角度を変える。その際、圧電フィルム10によって圧縮された状態で保持されている粘弾性支持体46は、上方(音の発生方向)に伸長するので、平坦部40bは、平坦に保持された状態で、上方に移動する。
この時、粘弾性支持体が周辺部(立ち上がり部)で圧縮に伴う弾性エネルギーを貯めた込んだ状態だと、周辺部において圧電フィルムを必要以上に押し返そうとする力が働くのだが、上述した粘弾性効果(応力緩和)によって、立ち上がり部40aにおいても平坦部とほぼ変わらない機械的バイアスが圧電フィルムに掛かっているため、圧電フィルムの伸長分は無駄なく均等に上方への移動量に変換される。
電気音響変換器40は、この圧電フィルム10の前後運動によって、音を発生する。
この時、粘弾性支持体が周辺部(立ち上がり部)で圧縮に伴う弾性エネルギーを貯めた込んだ状態だと、周辺部において圧電フィルムを必要以上に押し返そうとする力が働くのだが、上述した粘弾性効果(応力緩和)によって、立ち上がり部40aにおいても平坦部とほぼ変わらない機械的バイアスが圧電フィルムに掛かっているため、圧電フィルムの伸長分は無駄なく均等に上方への移動量に変換される。
電気音響変換器40は、この圧電フィルム10の前後運動によって、音を発生する。
前述のとおり、従来の圧電フィルムを用いる電気音響変換器においては、十分な音量を得るために、圧電フィルムに曲率を持たせる必要があった。しかしながら、圧電フィルムに曲率を持たせた場合には、圧電フィルムが湾曲しているため、設置場所や取り付け方法に制約を受け、壁掛けとしたり、絵画、ポスター、装飾板等の裏面に設置したりするには適さないという問題があった。また、スピーカの面積が大きくなると、緩い曲率であっても厚さが大きくなってしまい、本来の薄型スピーカとしての特長も損なわれているという問題があった。
これに対して、本発明の電気音響変換器は、圧電フィルムと粘弾性支持体とを保持する保持部材が、圧電フィルムを粘弾性支持体に押圧して、粘弾性支持体の少なくとも一部の厚さが薄くなった状態で保持して、かつ、圧電フィルムの、保持部材の近傍の領域以外の領域の少なくとも一部が実質的に平坦に形成されるので、圧電フィルム10に駆動電圧を印加した際に、圧電フィルムの伸縮に応じて、立上がり部40aの角度がわずかに変化して、平坦部40bが平面を維持したまま、前後運動し、すなわち振動して音を発生することができる。
また、リング近傍以外の領域が平坦に維持されるので、設置場所や取り付け方法の制約を低減することができ、壁掛けとしたり、絵画、ポスター、装飾板等の裏面に設置したりすることができる。
また、リング近傍以外の領域が平坦に維持されるので、設置場所や取り付け方法の制約を低減することができ、壁掛けとしたり、絵画、ポスター、装飾板等の裏面に設置したりすることができる。
図示例の電気音響変換器40は、音を発生する面の形状を円形状としたが、本発明はこれに限定はされず、正方形状や長方形状、あるいはオーバル形状(楕円形状、卵形)等、種々の形状とすることができる。
図10(A)は、本発明の電気音響変換器の他の一例を表す上面図であり、(B)は、(A)のC-C線断面図である。
図10(A)および(B)に示す電気音響変換器100は、音を発生する面の形状が正方形状である以外は、基本的に、図2に示す電気音響変換器40と同様の構成を有する。
電気音響変換器100は、圧電フィルム102と、ケース104と、粘弾性支持体106と、枠体108を有する。
図10(A)および(B)に示す電気音響変換器100は、音を発生する面の形状が正方形状である以外は、基本的に、図2に示す電気音響変換器40と同様の構成を有する。
電気音響変換器100は、圧電フィルム102と、ケース104と、粘弾性支持体106と、枠体108を有する。
圧電フィルム102は、正方形状に形成される以外は、圧電フィルム10と同様である。
ケース104は、一面が開放する略直方体の箱型の筐体である。
粘弾性支持体106は、ケース104内部の深さよりも、高さが高い正方形柱状の、弾性を有し、圧電フィルム102を支持する粘弾性支持体である。粘弾性支持体106は、ケース104の内部に収容され、枠体108に押圧された圧電フィルム102によって、端部が圧縮されると共に、圧電フィルム102を音の発生方向に押圧している。
枠体108は、中央に貫通孔を有する、ケース104の上端面(開放面側)と同様の形状を有する板材である。枠体108は、圧電フィルム102をケース104の端部に押圧した状態で固定されている。
ケース104は、一面が開放する略直方体の箱型の筐体である。
粘弾性支持体106は、ケース104内部の深さよりも、高さが高い正方形柱状の、弾性を有し、圧電フィルム102を支持する粘弾性支持体である。粘弾性支持体106は、ケース104の内部に収容され、枠体108に押圧された圧電フィルム102によって、端部が圧縮されると共に、圧電フィルム102を音の発生方向に押圧している。
枠体108は、中央に貫通孔を有する、ケース104の上端面(開放面側)と同様の形状を有する板材である。枠体108は、圧電フィルム102をケース104の端部に押圧した状態で固定されている。
そのため電気音響変換器100では、粘弾性支持体106の周辺部では、粘弾性支持体106が圧電フィルム102によって下方に押圧されて厚さが薄くなった状態で、保持される。また、同じく粘弾性支持体106の周辺部において、圧電フィルム102の曲率が急激に変動し、圧電フィルム102に、粘弾性支持体106の周辺に向かって低くなる立上がり部100aが形成される。さらに、圧電フィルム102の中央領域は四角柱状の粘弾性支持体106に押圧されて、(略)平面状の平坦部100bが形成されている。
このように、音を発生する面を正方形状とした場合であっても、圧電フィルム102に駆動電圧を印加した際に、圧電フィルム102の伸縮に応じて、立上がり部100aの角度(平坦部100bの面に対する角度)がわずかに変化して、平坦部100bが平坦な面を維持したまま、前後運動、すなわち振動して音を発生することができる。
また、図示例の電気音響変換器40は、リング44によって、圧電フィルム10の周辺全域をケース42(すなわち、粘弾性支持体46)に押し付けているが、本発明は、これに限定はされず、圧電フィルムの周辺の少なくとも2か所をケース(粘弾性支持体)に押し付ければよい。
すなわち、本発明の圧電フィルム10を利用する電気音響変換器は、リング44を有さずに、例えばケース42の4箇所において、ビスやボルトナット、治具などによって、圧電フィルム10をケース42の上面に押圧/固定してなる構成も利用可能である。
なお、圧電フィルム10の周辺全域を押圧する構成は、平坦部と立上がり部とを好適に形成することができ、音の再現性や音量をより向上できる点で好ましい。
すなわち、本発明の圧電フィルム10を利用する電気音響変換器は、リング44を有さずに、例えばケース42の4箇所において、ビスやボルトナット、治具などによって、圧電フィルム10をケース42の上面に押圧/固定してなる構成も利用可能である。
なお、圧電フィルム10の周辺全域を押圧する構成は、平坦部と立上がり部とを好適に形成することができ、音の再現性や音量をより向上できる点で好ましい。
また、本発明の電気音響変換器は、粘弾性支持体を収容するケースを有さなくても良い。
すなわち、図11の電気音響変換器110の断面図で、その一例を概念的に示すように、剛性を有する支持板114の上に粘弾性支持体106を載置し、粘弾性支持体106を覆って圧電フィルム102を載せ、ビス118によって圧電フィルム102を粘弾性支持体106に押圧して、支持板114に固定することにより、粘弾性支持体106の周縁部を薄くし、かつ、圧電フィルム102の立上がり部および平坦部を形成した構成も、利用可能である。
すなわち、図11の電気音響変換器110の断面図で、その一例を概念的に示すように、剛性を有する支持板114の上に粘弾性支持体106を載置し、粘弾性支持体106を覆って圧電フィルム102を載せ、ビス118によって圧電フィルム102を粘弾性支持体106に押圧して、支持板114に固定することにより、粘弾性支持体106の周縁部を薄くし、かつ、圧電フィルム102の立上がり部および平坦部を形成した構成も、利用可能である。
あるいは、図12の電気音響変換器120の断面図で、その一例を概念的に示すように、粘弾性支持体106の上に圧電フィルム102を載せ、少なくとも2つの略C形状の支持部材128によって、粘弾性支持体106の周辺部を上下方向に押圧しつつ、圧電フィルム102と粘弾性支持体106とを保持することにより、粘弾性支持体106の周縁部を薄くし、かつ、圧電フィルム102の立上がり部および平坦部を形成した構成としてもよい。
あるいは、圧電フィルムを保護するための保護ケースを、圧電フィルムを押圧する部材(リング、枠体等)として用いてもよい。
さらに、本発明の圧電フィルム10を利用する電気音響変換器は、周縁部を押圧する構成にも限定はされず、例えば、粘弾性支持体46と圧電フィルム10の積層体の中央を、何らかの手段によって押圧して、粘弾性支持体46を薄くした状態で保持してなる構成も利用可能である。
すなわち、本発明の圧電フィルム10を利用する電気音響変換器は、粘弾性支持体が圧電フィルム10によって押圧されて厚さが薄くなった状態を保持し、かつ、この押圧/保持によって、圧電フィルム10の曲率が急激に変動し、圧電フィルム10に立上がり部40aが形成され、かつ、平坦な平坦部40bが形成された構成であれば、各種の構成が利用可能である。
すなわち、本発明の圧電フィルム10を利用する電気音響変換器は、粘弾性支持体が圧電フィルム10によって押圧されて厚さが薄くなった状態を保持し、かつ、この押圧/保持によって、圧電フィルム10の曲率が急激に変動し、圧電フィルム10に立上がり部40aが形成され、かつ、平坦な平坦部40bが形成された構成であれば、各種の構成が利用可能である。
また、上記実施例においては、圧電フィルム10がリング44によって粘弾性支持体46に押圧されて、立上がり部40aと、平坦部40bとが形成される構成としたが、本発明はこれに限定はされず、立上がり部と平坦部との間に湾曲部が形成される構成としてもよい。
図13は、本発明の電気音響変換器の他の一例を示す概略断面図である。
なお、図13に示す電気音響変換器130は、図2に示す電気音響変換器40において、粘弾性支持体46を材質の異なる粘弾性支持体136に変更し、立上がり部と平坦部との間に湾曲部が形成される以外は、同じ構成を有するので、同じ部位には、同じ符号を付し、以下の説明は異なる部位を主に行う。
なお、図13に示す電気音響変換器130は、図2に示す電気音響変換器40において、粘弾性支持体46を材質の異なる粘弾性支持体136に変更し、立上がり部と平坦部との間に湾曲部が形成される以外は、同じ構成を有するので、同じ部位には、同じ符号を付し、以下の説明は異なる部位を主に行う。
電気音響変換器130は、圧電フィルム10と、ケース42と、粘弾性支持体136と、リング44とを有する。
粘弾性支持体136は、材料としてグラスウールを用いた以外は、粘弾性支持体46と同様であり、ケース42の内径と略同等の外径を有する円柱形状で、高さは、ケース42の筒部の深さよりも大きい。
また、粘弾性支持体46と同様に、粘弾性支持体136は、圧電フィルム10によって押圧され、圧縮されている。
粘弾性支持体136は、材料としてグラスウールを用いた以外は、粘弾性支持体46と同様であり、ケース42の内径と略同等の外径を有する円柱形状で、高さは、ケース42の筒部の深さよりも大きい。
また、粘弾性支持体46と同様に、粘弾性支持体136は、圧電フィルム10によって押圧され、圧縮されている。
ここで、図13に示すように、粘弾性支持体136としてグラスウールを用いた場合には、グラスウールは、フェルト材に比べて柔らかいため、圧電フィルム10がリング44によって粘弾性支持体136に押圧されて、立上がり部Tと、平坦部Hと、立上がり部Tと平坦部Hとの間の湾曲部Rが形成される。
具体的には、電気音響変換器130は、圧電フィルム10がリング44によってケース42に押圧される押圧部Pと、押圧部Pから急峻に立上がり、押圧部Pに対して交差する方向に延在する立上がり部Tと、立上がり部Tに接続され緩やかに湾曲する曲線状の湾曲部Rと、湾曲部Rに接続され略平面上の平坦部Hとが形成されている。
このように、平坦部と立上がり部と湾曲部が形成される構成としても、圧電フィルム10に駆動電圧を印加した際に、圧電フィルム10の伸縮に応じて、立上がり部Tの角度がわずかに変化して、平坦部Hが平面を維持したまま、前後運動して音を発生することができる。また、リング近傍以外の領域が平坦に維持されるので、設置場所や取り付け方法の制約を低減することができ、壁掛けとしたり、絵画、ポスター、装飾板等の裏面に設置したりすることができる。
なお、圧電フィルムがリングによって粘弾性支持体に押圧された際の、圧電フィルムの形状は、粘弾性支持体の弾性率、損失正接、密度、反発弾性率、復元率、形状、圧電フィルムの弾性率、損失正接等を適宜組み合わせることにより、平坦部を有する適切な形状とすることができる。
また、上記実施例においては、圧電フィルム10が、リング44によって粘弾性支持体46に押圧されることにより、リング44近傍の立上がり部40aと、平面状の平坦部40bとが形成される構成としたが、本発明はこれに限定はされず、圧電フィルムの面に垂直な所定の一方向の断面において、実質的に直線状に保持される平坦部と、押圧部材の近傍の立上がり部とが形成される構成としてもよい。
図14は、本発明の電気音響変換器の他の一例を概念的に示す斜視図であり、図14(B)は、(A)のB-B線断面図であり、図14(C)は、(A)のC-C線断面図である。
図14に示す電気音響変換器140は、圧電フィルム142と、ケース144と、粘弾性支持体146と、枠体148とを有する。
図14に示す電気音響変換器140は、圧電フィルム142と、ケース144と、粘弾性支持体146と、枠体148とを有する。
圧電フィルム142は、長方形に形成される以外は、圧電フィルム10と同様である。
ケース144は、一面が開放する略直方体の箱型の筐体である。
また、図示例のケース144においては、開放面の縁部には、Oリング144aを配置するための溝が形成されている。
ケース144は、一面が開放する略直方体の箱型の筐体である。
また、図示例のケース144においては、開放面の縁部には、Oリング144aを配置するための溝が形成されている。
粘弾性支持体146は、ケース144内部の深さよりも、高さが高い長方形柱状の、弾性を有する粘弾性支持体であり、圧電フィルム142を支持する。粘弾性支持体146は、ケース144の内部に収容され、枠体148に押圧された圧電フィルム142によって、端部が圧縮されると共に、圧電フィルム142を音の発生方向に押圧している。
枠体148は、中央に貫通孔を有する、ケース144の上端面(開放面側)と同様の形状を有する板状の押圧部材である。枠体148は、圧電フィルム142をケース144の端部に押圧した状態で固定されている。
枠体148は、中央に貫通孔を有する、ケース144の上端面(開放面側)と同様の形状を有する板状の押圧部材である。枠体148は、圧電フィルム142をケース144の端部に押圧した状態で固定されている。
ここで、電気音響変換器140では、圧電フィルム142の形状(音を発生する面の形状)が長方形状であり、短手方向が長手方向に比べて十分に短い。そのため、図14(C)に示すように、圧電フィルム142の長手方向の断面で見ると、圧電フィルム142は、枠体148近傍では、粘弾性支持体146が圧電フィルム142によって押圧されて厚さが薄くなり、立上がり部140aが形成される。また、圧電フィルム142の中央領域は、粘弾性支持体146に押圧されて略平面状の平坦部140bが形成されている。
これに対して、図14(B)に示すように、圧電フィルム142の短手方向の断面で見ると、圧電フィルム142は、平坦部が形成されず、湾曲した形状に形成されている。
これに対して、図14(B)に示すように、圧電フィルム142の短手方向の断面で見ると、圧電フィルム142は、平坦部が形成されず、湾曲した形状に形成されている。
このように、圧電フィルムの面に垂直な所定の一方向の断面において、実質的に直線状に保持される平坦部と、押圧部材の近傍の立上がり部とが形成される構成とした場合であっても、圧電フィルム142に駆動電圧を印加した際に、圧電フィルム142の伸縮に応じて、立上がり部140aの角度(平坦部140bの面に対する角度)がわずかに変化して、平坦部140bが平坦な面を維持したまま、前後運動して音を発生することができる。
また、長手方向において、押圧部材の近傍以外の領域が平坦に維持されるので、設置場所や取り付け方法の制約を低減することができ、壁掛けとしたり、絵画、ポスター、装飾板等の裏面に設置したりすることができる。
また、長手方向において、押圧部材の近傍以外の領域が平坦に維持されるので、設置場所や取り付け方法の制約を低減することができ、壁掛けとしたり、絵画、ポスター、装飾板等の裏面に設置したりすることができる。
また、図14に示す電気音響変換器140のように、圧電フィルムとケースとの間には、Oリング等のダンパー効果を有する部材を配置することが好ましい。これにより、圧電フィルムの振動がケースに伝達されることを防止することができ、音響特性を向上できる。
また、上記実施例においては、音を発生する面を、平面状に形成する構成としたが、本発明は、これに限定はされず、音を発生する面を曲面状に形成してもよい。
図15(A)は、本発明の電気音響変換器の他の一例を概念的に示す斜視図であり、図15(B)は、(A)のB-B線断面図であり、図15(C)は、(A)のC-C線断面図である。
図15に示す電気音響変換器150は、圧電フィルム152と、粘弾性支持体156と、固定リング158とを有する。
図15に示す電気音響変換器150は、圧電フィルム152と、粘弾性支持体156と、固定リング158とを有する。
圧電フィルム152は、長方形に形成される以外は、圧電フィルム10と同様である。圧電フィルム152の短辺は、円柱形状の粘弾性支持体156の高さと略同等の長さであり、また、長辺は、粘弾性支持体156の底面の周長と略同等の長さである。
なお、図示例においては、圧電フィルム152の一方の短辺には、薄膜電極に接続される配線152aおよび152bが形成されている。
なお、図示例においては、圧電フィルム152の一方の短辺には、薄膜電極に接続される配線152aおよび152bが形成されている。
粘弾性支持体156は、円柱形状の、弾性を有する粘弾性支持体である。粘弾性支持体156の周面には、圧電フィルム152が巻き掛けられている。
また、粘弾性支持体156の2つの底面側の周面にはそれぞれ、圧電フィルム152を介して固定リング158が粘弾性支持体156を半径方向に押圧した状態で固定されている。
固定リング158は、粘弾性支持体156の外径よりも小さい内径を有するリング状の部材であり、圧電フィルム152および粘弾性支持体156を押圧して固定する部材である。
また、粘弾性支持体156の2つの底面側の周面にはそれぞれ、圧電フィルム152を介して固定リング158が粘弾性支持体156を半径方向に押圧した状態で固定されている。
固定リング158は、粘弾性支持体156の外径よりも小さい内径を有するリング状の部材であり、圧電フィルム152および粘弾性支持体156を押圧して固定する部材である。
ここで、図15(B)に示すように、粘弾性支持体156の高さ方向の断面においては、圧電フィルム152は、固定リング158近傍では、粘弾性支持体156が圧電フィルム152によって押圧されて直径が小さくなり、立上がり部150aが形成される。また、圧電フィルム152の中央領域は、粘弾性支持体156に押圧されて実質的に円柱状の平坦部150bが形成されている。
一方、図15(C)に示すように、粘弾性支持体156の半径方向の断面で見ると、圧電フィルム152は、粘弾性支持体156の周面に沿った円形状に形成されている。
一方、図15(C)に示すように、粘弾性支持体156の半径方向の断面で見ると、圧電フィルム152は、粘弾性支持体156の周面に沿った円形状に形成されている。
このように、圧電フィルムを円柱状の粘弾性支持体の周面に巻き掛けて、底面側の両端部を固定リングで押圧することにより、粘弾性支持体の中心軸まわりの360°の全ての方向に音を発生することができる。
また、粘弾性支持体156の高さ方向の断面において、実質的に直線状に保持される平坦部150bと、押圧部材の近傍の立上がり部150aとが形成される構成となるので、圧電フィルム152に駆動電圧を印加した際に、圧電フィルム152の伸縮に応じて、立上がり部150aの角度(平坦部150bの面に対する角度)がわずかに変化して、平坦部150bが平坦な面を維持したまま、前後運動して音を発生することができる。
また、高さ方向において、押圧部材の近傍以外の領域が平坦に維持されるので、設置場所や取り付け方法の制約を低減することができる。
また、粘弾性支持体156の高さ方向の断面において、実質的に直線状に保持される平坦部150bと、押圧部材の近傍の立上がり部150aとが形成される構成となるので、圧電フィルム152に駆動電圧を印加した際に、圧電フィルム152の伸縮に応じて、立上がり部150aの角度(平坦部150bの面に対する角度)がわずかに変化して、平坦部150bが平坦な面を維持したまま、前後運動して音を発生することができる。
また、高さ方向において、押圧部材の近傍以外の領域が平坦に維持されるので、設置場所や取り付け方法の制約を低減することができる。
また、本発明の電気音響変換器は、通常のダイナミックスピーカ等と比較して薄く構成することができのみならず、従来の圧電フィルムを用いる電気音響変換器と比較して、精度良く音を再現することができ、かつ、十分な音量が得られ、音響特性に優れるので、液晶表示装置や有機EL表示装置等の薄型の表示デバイスのスピーカとして好適に利用可能である。
具体的には、表示デバイスの表示領域の側方や下方に、図14に示すような長方形状の電気音響変換器を配置し、スピーカとして利用すればよい。あるいは、表示デバイスの表示面とは反対側の面に本発明の電気音響変換器を配置してもよい。
具体的には、表示デバイスの表示領域の側方や下方に、図14に示すような長方形状の電気音響変換器を配置し、スピーカとして利用すればよい。あるいは、表示デバイスの表示面とは反対側の面に本発明の電気音響変換器を配置してもよい。
また、本発明の電気音響変換器の圧電フィルムとして、常温で粘弾性を有する、シアノエチル化PVA等の高分子材料を粘弾性マトリックスとして用いるフィルムを用いるのが特に好適である。粘弾性マトリックスを用いる圧電フィルムを用いることにより、振動面(圧電フィルム)上に荷重をかけても、音質があまり変化しない。そのため、例えば、自動車のシートのヘッドレストに入れて、居眠り防止用の装置(センサーとしてもスピーカとしても機能する)として利用したり、あるいは、枕の中に入れて無呼吸症候群用の装置として利用することができる。
以下、電気音響変換器の具体的実施例を挙げ、本発明についてより詳細に説明する。
[実施例1]
前述の組立方法によって、図2に示す電気音響変換器40を作製した。
ケース42およびリング44の内径、すなわち、音を発生する面の大きさは、Φ140mmとした。また、ケース42の筒部の深さは、10mmとした。
圧電フィルム10は、大きさΦ150mm、厚さ60μmとし、圧電体層12の粘弾性マトリックスの材質は、シアノエチル化PVAとし、圧電体粒子26の材質は、PZTとした。また、薄膜電極14および16は、厚さ0.1μmのCu薄膜とし、保護層18および20は、厚さ4μmのPETフィルムとした。
粘弾性支持体46は、Φ140mmで、組立前の高さ17mm、密度250kg/m3のフェルト材とした。すなわち、ケース42の縁部を基準とした場合の、組立前の粘弾性支持体46の高さは、7mmである。
前述の組立方法によって、図2に示す電気音響変換器40を作製した。
ケース42およびリング44の内径、すなわち、音を発生する面の大きさは、Φ140mmとした。また、ケース42の筒部の深さは、10mmとした。
圧電フィルム10は、大きさΦ150mm、厚さ60μmとし、圧電体層12の粘弾性マトリックスの材質は、シアノエチル化PVAとし、圧電体粒子26の材質は、PZTとした。また、薄膜電極14および16は、厚さ0.1μmのCu薄膜とし、保護層18および20は、厚さ4μmのPETフィルムとした。
粘弾性支持体46は、Φ140mmで、組立前の高さ17mm、密度250kg/m3のフェルト材とした。すなわち、ケース42の縁部を基準とした場合の、組立前の粘弾性支持体46の高さは、7mmである。
ケース42の筒部内に粘弾性支持体46を載置し、ケース42および粘弾性支持体46を覆うように圧電フィルム10を配置して、圧電フィルム10の上からリング44を被せて、リング44をケース42に固定し、電気音響変換器40を作製した。
このようにして作製した電気音響変換器40の圧電フィルム10の表面の形状を測定した。
具体的には、所定の一方向の中心線上において、一方の端部から1cmごとの各位置において、リング44の下面を基準とした高さを測定した。すなわち、0cmの位置および14cmの位置が、リング44に隣接する位置(端部)であり、7cmの位置が圧電フィルム10の中央部である。
結果を表1に示す。
具体的には、所定の一方向の中心線上において、一方の端部から1cmごとの各位置において、リング44の下面を基準とした高さを測定した。すなわち、0cmの位置および14cmの位置が、リング44に隣接する位置(端部)であり、7cmの位置が圧電フィルム10の中央部である。
結果を表1に示す。
上記表1に示されるように、押圧部材であるリング44近傍の位置である、0cmの位置から1cmの位置までの間、および、13cmの位置から14cmの位置までの間は、急峻に変化しており、立上がり部40aが形成されていることがわかる。このとき、立上がり部40aの傾斜角度は、約21.8°であった。
また、3cmの位置から11cmの位置までの間、すなわち、圧電フィルム10の中央部は、実質的に一定の高さになっており、平坦部40bが形成されていることがわかる。
また、3cmの位置から11cmの位置までの間、すなわち、圧電フィルム10の中央部は、実質的に一定の高さになっており、平坦部40bが形成されていることがわかる。
[実施例2]
次に、実施例2として、図10に示すような矩形状の電気音響変換器をスピーカとして利用した際の、周波数特性を測定した。
具体的には、ケース104および枠体108の大きさ、すなわち、音を発生する面の大きさは、210×300mm(A4サイズ)とした。また、ケース104の深さは、12mmとした。
圧電フィルム102は、ケース104の形状に対応した矩形状に形成される以外は、実施例1の圧電フィルムと同様とした。
粘弾性支持体106は、ケース104の形状に対応し、ケース104の内部に収容される形状とした以外は、実施例1の粘弾性支持体と同様とした。
次に、実施例2として、図10に示すような矩形状の電気音響変換器をスピーカとして利用した際の、周波数特性を測定した。
具体的には、ケース104および枠体108の大きさ、すなわち、音を発生する面の大きさは、210×300mm(A4サイズ)とした。また、ケース104の深さは、12mmとした。
圧電フィルム102は、ケース104の形状に対応した矩形状に形成される以外は、実施例1の圧電フィルムと同様とした。
粘弾性支持体106は、ケース104の形状に対応し、ケース104の内部に収容される形状とした以外は、実施例1の粘弾性支持体と同様とした。
ケース104の内部に粘弾性支持体106を載置し、ケース104および粘弾性支持体106を覆うように圧電フィルム102を配置して、圧電フィルム102の上から枠体108を被せて、枠体108をケース104に固定し、電気音響変換器100を作製した。
このようにして作製した電気音響変換器100の圧電フィルムに駆動用アンプから電圧を印加して発生する音の周波数と音圧レベルの関係(周波数特性)を測定した。
駆動用アンプの出力電圧は、図16に実線で示す特性とした。具体的には、定電流回路を組み込み、出力電圧が、-6dB/オクターブ(破線)に近似するようにした。
測定した結果を図17に示す。
駆動用アンプの出力電圧は、図16に実線で示す特性とした。具体的には、定電流回路を組み込み、出力電圧が、-6dB/オクターブ(破線)に近似するようにした。
測定した結果を図17に示す。
実施例1および実施例2の結果から、本発明の電気音響変換器は、圧電フィルムがほぼ平坦に形成されると共に、どの周波数でも音圧レベルが十分に高く、広帯域かつ平滑な周波数特性が実現できることがわかる。また、駆動用アンプに定電流回路を組み込むことで、さらなる広帯域化を実現できることがわかる。
以上、本発明の電気音響変換器および表示デバイスについて詳細に説明したが、本発明は上述の例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよいのは、もちろんである。
10、102、112、122、142、152 圧電フィルム
12 圧電体層
14 薄膜電極
16 薄膜電極
18 保護層
20 保護層
24 粘弾性マトリックス
26 圧電体粒子
40、100、110、120、130、140、150 電気音響変換器
40a、100a、140a、150a 立上がり部
40b、100b、140b、150b 平坦部
42、104、144 ケース
44 リング
46、106、116、126、136、146、156 粘弾性支持体
108、148 枠体
114 支持板
118 ビス
128 支持部材
144a Oリング
158a、158b 固定リング
12 圧電体層
14 薄膜電極
16 薄膜電極
18 保護層
20 保護層
24 粘弾性マトリックス
26 圧電体粒子
40、100、110、120、130、140、150 電気音響変換器
40a、100a、140a、150a 立上がり部
40b、100b、140b、150b 平坦部
42、104、144 ケース
44 リング
46、106、116、126、136、146、156 粘弾性支持体
108、148 枠体
114 支持板
118 ビス
128 支持部材
144a Oリング
158a、158b 固定リング
Claims (34)
- 互いに対向する2つの主面を有し、電界の状態に応じて前記主面が伸縮する圧電フィルムと、
前記圧電フィルムの一方の主面に密着して配置される粘弾性支持体と、
前記圧電フィルムを前記粘弾性支持体に押圧することにより、前記粘弾性支持体の少なくとも一部の厚さを薄くした状態で保持する押圧部材とを有し、
前記圧電フィルムの主面に垂直な所定の一方向の断面において、前記圧電フィルムが、前記押圧部材によって押圧される押圧部を除く少なくとも一部で、前記粘弾性支持体の表面によって実質的に直線状に保持される平坦部と、前記押圧部と前記平坦部とに接続され、前記押圧部に対して交差する方向に延在する傾斜部とを有することを特徴とする電気音響変換器。 - 前記圧電フィルムは、前記粘弾性支持体の全体を押圧している請求項1に記載の電気音響変換器。
- 前記傾斜部は、前記平坦部に接続され前記押圧部に向かう、曲線状の湾曲部、および、前記湾曲部と前記押圧部とに接続され、前記押圧部に対して交差する方向に延在する立上がり部とを有する請求項1または2に記載の電気音響変換器。
- 前記湾曲部の曲率半径が、1mm~300mmである請求項3に記載の電気音響変換器。
- 前記立上がり部と前記押圧部とが交差する角度が10°~90°である請求項3または4に記載の電気音響変換器。
- 前記圧電フィルムの、前記押圧部からの前記平坦部の高さが1mm~10mmである請求項1~5のいずれかに記載の電気音響変換器。
- 前記押圧部材が、前記圧電フィルムの周縁部の少なくとも一部を押圧して、前記圧電フィルムを前記粘弾性支持体に押圧する請求項1~6のいずれかに記載の電気音響変換器。
- 前記押圧部材が、前記圧電フィルムの周縁部の全周を前記粘弾性支持体に押圧する請求項7に記載の電気音響変換器。
- 前記粘弾性支持体を載置する支持体を有し、
前記圧電フィルムが前記粘弾性支持体を覆うように配置されると共に、前記押圧部材が、前記圧電フィルムを前記粘弾性支持体に押圧して、前記粘弾性支持体の少なくとも一部の厚さが薄い状態で保持して、前記支持体に固定される請求項1~8のいずれかに記載の電気音響変換器。 - 前記粘弾性支持体を、一部が突出した状態で収容する有底筒状の筐体を有し、
前記圧電フィルムが、前記粘弾性支持体と前記筐体とを覆うように配置されると共に、前記押圧部材が、前記圧電フィルムを前記筐体に押圧することにより、前記圧電フィルムが前記粘弾性支持体を押圧して、前記粘弾性支持体の少なくとも一部の厚さが薄い状態で保持される請求項1~9のいずれかに記載の電気音響変換器。 - 前記押圧部材が、前記圧電フィルムの周縁部の全周を前記筐体に押圧する請求項9または10に記載の電気音響変換器。
- 前記押圧部材が、前記圧電フィルムの周縁部の少なくとも一部を前記筐体に押圧する請求項9または10に記載の電気音響変換器。
- 前記圧電フィルムが、高分子複合圧電体または高分子圧電材料からなるシート状の圧電体と、前記圧電体の両面に形成された薄膜電極と、前記薄膜電極の表面に形成された保護層とを有するものである請求項1~12のいずれかに記載の電気音響変換器。
- 前記高分子複合圧電体が、常温で粘弾性を有する高分子材料からなる粘弾性マトリックス中に圧電体粒子を分散してなるものである請求項13に記載の電気音響変換器。
- 前記常温で粘弾性を有する高分子材料が、シアノエチル基を有するものである請求項14に記載の電気音響変換器。
- 前記常温で粘弾性を有する高分子材料が、シアノエチル化ポリビニルアルコールからなる請求項14または15に記載の電気音響変換器。
- 前記圧電フィルムの前記薄膜電極の少なくとも一方が、前記押圧部以外の領域に形成される請求項13~16のいずれかに記載の電気音響変換器。
- 前記粘弾性支持体が、吸音効果を有する請求項1~17のいずれかに記載の電気音響変換器。
- 前記粘弾性支持体が、繊維材料である請求項1~18のいずれかに記載の電気音響変換器。
- 前記粘弾性支持体がフェルト材、グラスウール、および、フェルト材とグラスウールとの組み合わせのいずれかである請求項1~19のいずれかに記載の電気音響変換器。
- 前記フェルト材の比重が50~500kg/m3である請求項20に記載の電気音響変換器。
- 前記フェルト材が、羊毛からなる請求項20または21に記載の電気音響変換器。
- 前記フェルト材が、レーヨンおよび/またはポリエステル繊維を含んだ羊毛フェルトからなる請求項22に記載の電気音響変換器。
- 前記グラスウールの比重が20~100kg/m3である請求項20に記載の電気音響変換器。
- 前記粘弾性支持体が発泡材料である請求項1~18のいずれかに記載の電気音響変換器。
- 前記粘弾性支持体が発泡プラスチックである請求項1~18のいずれかに記載の電気音響変換器。
- 前記発泡プラスチックの比重が16~100kg/m3である請求項26に記載の電気音響変換器。
- 前記発泡プラスチックがポリウレタンからなる請求項26または27に記載の電気音響変換器。
- 前記粘弾性支持体の、前記圧電フィルムに押圧される前の、前記圧電フィルムと密着する面が平面である請求項1~28のいずれかに記載の電気音響変換器。
- 前記粘弾性支持体の、前記圧電フィルムに押圧される前の厚さが、1~50mmである請求項1~29のいずれかに記載の電気音響変換器。
- 前記圧電フィルムの前記平坦部での、前記粘弾性支持体の押圧力が0.02~0.2MPaである請求項1~30のいずれかに記載の電気音響変換器。
- 前記圧電フィルムおよび前記粘弾性支持体が、円形状、オーバル形状、または矩形状である請求項1~31のいずれかに記載の電気音響変換器。
- 請求項1~32のいずれかに記載の電気音響変換器をスピーカとして用いた表示デバイス。
- 請求項1~32のいずれかに記載の電気音響変換器で、出力電圧が-6dB/オクターブに近似するようなアンプで駆動されることを特徴とする電気音響変換器。
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