スピーカ装置
【課題】高分子素材の面方向の伸縮を効果的に発音に活用し、かつ、プッシュプル型構造の厚みを低減させて薄型化を実現する。
【解決手段】プッシュプル型スピーカ１−１は、円形状の２枚のユニット１０−１によって、高分子素材２の折り返しが２段になるように形成する。各ユニット１０−１は、外周から内周へ向けて、固定部５、第１の駆動部４、固定部（接合部）３及び第２の駆動部４を備え、中央に固定部５を備えている。第１の駆動部４、固定部３及び第２の駆動部４はそれぞれリング形状をなし、２段の折り返しを形成する。所定の音圧及び音量を実現するためには、駆動部４及び固定部３は所定の面積が必要になるが、１段の折り返しスピーカよりも駆動部４及び固定部３の数が多いから、駆動部４の面積は狭くて済む。これにより、プッシュプル型スピーカ１−１の厚みを薄くすることができる。
【解決手段】プッシュプル型スピーカ１−１は、円形状の２枚のユニット１０−１によって、高分子素材２の折り返しが２段になるように形成する。各ユニット１０−１は、外周から内周へ向けて、固定部５、第１の駆動部４、固定部（接合部）３及び第２の駆動部４を備え、中央に固定部５を備えている。第１の駆動部４、固定部３及び第２の駆動部４はそれぞれリング形状をなし、２段の折り返しを形成する。所定の音圧及び音量を実現するためには、駆動部４及び固定部３は所定の面積が必要になるが、１段の折り返しスピーカよりも駆動部４及び固定部３の数が多いから、駆動部４の面積は狭くて済む。これにより、プッシュプル型スピーカ１−１の厚みを薄くすることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気信号を音信号に変換する電気／音響変換技術に属し、特に、自由な形状に製作可能なスピーカ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、次世代の音響システムとして期待されている多チャンネル音響システムまたはフレキシブルな携帯用ディスプレイの分野では、小型で軽量なスピーカの開発が求められている。この要求に応えるため、柔軟で伸縮自在な高分子素材を用いた、設計の自由度の高いスピーカの開発が進められている。例えば、ＰＶＤＦ（Polyvinylidene fluoride／ポリフッ化ビニリデン）等の圧電素材を用いたフィルムスピーカ、電場駆動型エラストマーを用いた発音体等が知られている（非特許文献１，２を参照）。
【０００３】
この電場駆動型エラストマーを用いた発音体は、電極間へ電圧を印加することによって生じる厚みの変化及び面積の変化を利用して発音するものである（特許文献１，２を参照）。電場駆動型エラストマーは、ゴム状の弾性を有する高分子素材であるエラストマー、電極及び駆動方式を組み合わせることにより、その形状を電気的に制御して所望の動作を得ることを目的としたデバイスである。
【０００４】
このような電場駆動型エラストマーを用いた発音体に対し、材料、音響特性、動作等の様々な調査及び研究が進められている（非特許文献３，４を参照）。ＰＶＤＦ等の圧電素材または電場駆動型エラストマーの素材を膜状にして使用する場合には、厚み方向の伸縮よりも面方向の伸縮の方が大きいことが確認されている。すなわち、厚み方向の変化よりも面方向の変化の方が、発音に及ぼす影響が大きい。
【０００５】
そこで、高分子素材の面方向の伸縮を効果的に活用して効率の良い発音を可能にした発音体が開発されている（非特許文献５を参照）。この発音体は、ＰＶＤＦ等の圧電素材または電場駆動型エラストマーのような変形する高分子素材を用いて、厚み方向の伸縮よりも面方向の伸縮を活用できるプッシュプル型構造に構成されている。この発音体によれば、周波数帯域を大幅に改善することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２７２９７８号公報
【特許文献２】特開２００９−２７８３７７号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】T.Sugimoto,et al,“PVDF-driven flexible and transparent loudspeaker”,Applied Acoustics 70 pp.1021-1028 (2009).
【非特許文献２】杉本他、「電場駆動型エラストマーの動作解析」、日本音響学会秋季研究発表会、3-4-5 (2009).
【非特許文献３】杉本他、「電場駆動型エラストマー発音体における材料定数と音響特性の関係」、日本音響学会春季研究発表会、1-4-14 (2009).
【非特許文献４】杉本他、「電場駆動型エラストマーを用いた発音体」、日本音響学会秋季研究発表会、2-8-2 (2008).
【非特許文献５】杉本他、「電場駆動型エラストマーを用いたプッシュプル型発音体」、日本音響学会春季研究発表会、1-5-19 (2010).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、このようなプッシュプル型構造の発音体を構成する場合、高分子素材の面方向の伸縮を活用するから、高分子素材に対してある程度の面積を確保する必要がある。また、発音体を安定して動作させるためには、高分子素材の膜に一定の張力を掛ける必要があり、音圧及び音量を向上させるためには、発音体の口径を大きくする必要がある。このため、高分子素材に対してある程度の面積を確保する必要があり、面積に比例して発音体の構造の厚みも大きくなってしまうという問題があった（後述する図７（２）のｈ２を参照）。
【０００９】
そこで、本発明は前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、高分子素材の面方向の伸縮を効果的に発音に活用し、かつ、プッシュプル型構造の厚みを低減させて薄型化を実現可能なスピーカ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明は、空間的に離して対向させた弾性を有する２枚のフィルム状高分子素材を備え、前記２枚の高分子素材の両面にそれぞれ電極を形成し、前記第１の高分子素材の電極及び前記第２の高分子素材の電極に対し、逆相関係の音響信号を直流バイアス電圧に重畳して印加することにより、前記２枚の高分子素材が面方向に変形し、プッシュプル動作して発音するスピーカ装置において、前記２枚の高分子素材を所定位置にそれぞれ固定する第１の固定部と、前記第１の固定部から前記２枚の高分子素材のそれぞれに所定の張力を掛けた状態で、前記音響信号の印加により前記高分子素材が面方向に変形する駆動部と、前記第１の高分子素材と前記第２の高分子素材とを一体的に接合した接合部とを備え、前記接合部の両側に第１及び第２の前記駆動部を設けて、前記第１の固定部を基準にした折り返し部を形成し、前記折り返し部による折り返し回数が複数になるようにしたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、請求項１に記載のスピーカ装置において、前記逆相関係の音響信号を直流バイアス電圧に重畳して印加する代わりに、逆相関係の交流電圧の信号を印加することにより変形する、高分子素材を利用することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、請求項１または２に記載のスピーカ装置において、当該スピーカ装置の外周側に、前記２枚の高分子素材を接合して固定する第２の固定部を備え、前記第２の固定部の片側に前記駆動部を設け、前記駆動部の片側に前記第１の固定部を設け、前記第１の固定部を基準にした半折り返し部を形成し、前記折り返し部及び前記半折り返し部による折り返し回数が複数になるようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明のスピーカ装置によれば、駆動部及び接合部からなる複数の折り返し部を形成するようにした。これにより、高分子素材の面方向の伸縮を効果的に発音に活用し、かつ、プッシュプル型構造の厚みを低減させて薄型化を実現することが可能となる。したがって、良好な音響特性を有した小型軽量のスピーカを、薄い厚みで製作することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態によるプッシュプル型スピーカに用いる高分子素材及びその特性を説明する図である。
【図２】第１のプッシュプル型スピーカの構造を示す正面図（１）及び側面図（２）である。
【図３】第２のプッシュプル型スピーカの構造を示す正面図（１）及び側面図（２）である。
【図４】第３のプッシュプル型スピーカの構造を示す正面図（１）及び側面図（２）である。
【図５】第１〜第３のプッシュプル型スピーカの側面図の一部を示す図である。
【図６】１段折り返しプッシュプル型スピーカの外観図（１）及び側面図（２）である。
【図７】２段折り返しプッシュプル型スピーカ（第１のプッシュプル型スピーカ）及び１段折り返しプッシュプル型スピーカの厚みの違いを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて詳細に説明する。
〔高分子素材の構成及び動作原理〕
まず、本発明の実施形態によるプッシュプル型スピーカ（スピーカ装置）に用いる高分子素材について説明する。図１は、高分子素材及びその特性を説明する図である。プッシュプル型スピーカは、発音体として高分子素材２を用い、高分子素材２の面方向の伸縮を活用して発音する。
【００１６】
この高分子素材２は、例えばポリウレタンからなるエラストマーフィルムが用いられ、その両面には電極２１が成膜される。高分子素材２の厚さは例えば約１００μｍである。電極（ＰＥＤＯＴ電極）２１は、導電性高分子の１種であるポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）を塗布することにより形成される。高分子素材２及び電極２１はいずれも、柔軟な特性を有する弾性体である。リード線２３には例えば、導電性の接着剤を利用した銅テープまたはアルミニウム箔が用いられる。電源２２は、リード線２３を介して電極２１間へ、発音源となる音響信号を重畳した直流バイアス電圧を印加する。
【００１７】
高分子素材２の安定した動作のためには、電極２１を一様な厚さで形成する必要がある。そこで、高分子素材２のサイズが小さい場合は、スピンコートを用いて電極２１を形成する。また、高分子素材２のサイズが大きい場合は、ＰＥＤＯＴ及びエタノール溶液を掛け流して電極２１を形成する。これにより、電極２１の塗布むらを解消することができる。
【００１８】
電極２１が形成された高分子素材２に対し、電源２２から電極２１間に直流バイアス電圧を印加すると、電極２１間に働くクーロン力によって圧縮力が生じ、高分子素材２は厚み方向に押し潰される。高分子素材２は、厚み方向に圧縮し（図１の矢印α）、マクスウェル応力によって平面方向に伸長する（矢印β）。そして、印加する直流バイアス電圧に、交流の電圧である音響信号を重畳すると、その音響信号に合わせて高分子素材２が変形し、高分子素材２は発音体として駆動することができる。
【００１９】
〔第１のプッシュプル型スピーカ〕
次に、図１の高分子素材２を用いたプッシュプル型スピーカについて、例を挙げて説明する。まず、第１のプッシュプル型スピーカについて説明する。第１のプッシュプル型スピーカは、正面が円形状に形成され、発音体として駆動する高分子素材２の折り返し回数が２（２段）になっている。
【００２０】
図２は、第１のプッシュプル型スピーカの構造を示す正面図（１）及び側面図（２）である。このプッシュプル型スピーカ１−１は、２枚のユニット１０−１（１０−１ａ，１０−１ｂ）により構成される。各ユニット１０−１は、円形の高分子素材２からなり、外周から中央へ向けて、リング状の固定部５、第１の駆動部４、固定部（接合部）３及び第２の駆動部４を備え、さらに、中央部に円形状の固定部５を備えている。プッシュプル型スピーカ１−１の厚さ（ｈ１）方向に垂直の方向をｙ軸として、ｙ軸と各駆動部４との間の角度はいずれもθであるとする（後述する第２及び第３のプッシュプル型スピーカ１−２，１−３についても同様である）。
【００２１】
プッシュプル型スピーカ１−１において、第１の駆動部４、固定部３及び第２の駆動部４により１＋１＝２段の折り返し部を形成している。
【００２２】
外周側の固定部５は、高分子素材２（電極２１が塗布された高分子素材２）の両面にアクリル製の板が設けられ、これら２枚のリング状の板が、スペーサ６及びスペーサ固定部材７にて高分子素材２を挟み込み、さらに、外縁からクリップ（図示せず、後述する図６のクリップ８を参照）を取り付けて、２枚のリング状の板及び高分子素材２を挟み込むことにより形成される。尚、スペーサ６及びスペーサ固定部材７は、後述する図６に示すように、リング状の固定部５において、所定間隔に所定数設けられる。クリップについても同様である。第１及び第２の駆動部４は、高分子素材２の両面に電極２１が塗布されている。
【００２３】
固定部３は、ユニット１０−１ａとユニット１０−１ｂとを部分的に接続して固定するため、高分子素材２同士が接合している。固定部３は、電極２１が両面に形成されたフィルム状（平面状）に切り出された高分子素材２に対し、電極２１をエタノール等で取り除くことにより形成されるが、取り除かずに使用することも可能である。これにより、第１及び第２の駆動部４の間に設けられた固定部３は、高分子素材２をそのまま用いて一体的に形成されるから、別の素材を用いる必要がなく、容易に形成することができる。固定部３として別の素材を用いる場合には、その素材を、電極２１が取り除かれた高分子素材２上（ポリウレタンのエラストマーフィルム上）に貼付して形成する。例えば、固定部３の素材として、剛性を有するＰＥＴ等のプラスチック素材である絶縁物を電極２１に貼付けて形成するようにしてもよい。また、固定部３は、第１の駆動部４の電極２１と第２の駆動部４の電極２１とを導通するために、数箇所の電極２１が橋梁部として残される。つまり、固定部３には、高分子素材２上に、数箇所の橋梁部（電極２１）が設けられている。
【００２４】
中央の固定部５は、外周側の固定部５と同様に、高分子素材２（電極２１が塗布された高分子素材２）の両面にアクリル製の板が設けられ、これら２枚のリング状の板が、スペーサ６及びスペーサ固定部材７にて高分子素材２を挟み込むことにより形成される。
【００２５】
また、外周側の固定部５には、高分子素材２の電極２１と接触する面に、アルミニウム箔等で形成したリード部（図示せず）が設けられている。これにより、図１に示したように、電源２２から、リード線２３及び固定部５のリード部を介して、音響信号が重畳した直流バイアス電圧を高分子素材２の電極２１間へ印加することができ、高分子素材２を変形して、固定部３及び駆動部４をプッシュプル駆動し、発音することができる。
【００２６】
尚、外周側の固定部５と中央の固定部５とを共通に固定するための固定部材を設けるようにしてもよい。これにより、外周側の固定部５及び中央の固定部５の共通の固定位置を基準にして、固定部３及び駆動部４をプッシュプル駆動することができるから、両固定部５が共通に固定されていない場合に比べ、音圧及び音量を大きくし、安定した発音を実現することができる。
【００２７】
〔第２のプッシュプル型スピーカ〕
次に、第２のプッシュプル型スピーカについて説明する。第２のプッシュプル型スピーカは、正面が長方形状に形成され、発音体として駆動する高分子素材２の折り返し回数が２（２段）になっている。
【００２８】
図３は、第２のプッシュプル型スピーカの構造を示す正面図（１）及び側面図（２）である。このプッシュプル型スピーカ１−２は、２枚のユニット１０−２（１０−２ａ，１０−２ｂ）により構成される。各ユニット１０−２は、長方形の高分子素材２からなり、上段から下段へ向けて、横長の第１の固定部５、第１−１の駆動部４、第１の固定部３及び第１−２の駆動部４を備え、中央部に横長の固定部５を備え、さらに、横長の第２−１の駆動部４、第２の固定部３、第２−２の駆動部４及び第２の固定部５を備えている。固定部３、駆動部４及び固定部５は、形状を除いて図２に示したものと同じである。
【００２９】
プッシュプル型スピーカ１−２において、第１−１の駆動部４、第１の固定部３及び第１−２の駆動部４により１段の折り返し部を形成し、第２−１の駆動部４、第２の固定部３及び第２−２の駆動部４により１段の折り返し部を形成している。
【００３０】
最上段の第１の固定部５は、高分子素材２（電極２１が塗布された高分子素材２）の両面にアクリル製の板が設けられ、これら２枚の横長の長方形板が、スペーサ６及びスペーサ固定部材７にて高分子素材２を挟み込み、さらに、外縁からクリップ（図示せず、後述する図６のクリップ８を参照）を取り付けて、２枚の長方形板及び高分子素材２を挟み込むことにより形成される。尚、スペーサ６及びスペーサ固定部材７は、後述する図６に示すように、第１の固定部５において、所定間隔に所定数設けられる。クリップについても同様である。第１−１及び第１−２の駆動部４は、高分子素材２の両面に電極２１が塗布されている。
【００３１】
第１の固定部３は、図２に示した固定部３と同様に、ユニット１０−２ａとユニット１０−２ｂとを部分的に接続して固定するため、高分子素材２同士が接合している。また、第１−１の駆動部４の電極２１と第１−２の駆動部４の電極２１とを導通するため、数箇所の電極２１が橋梁部として残されている。
【００３２】
中央の固定部５は第１の固定部５と同様である。また、第２−１の駆動部４、第２の固定部３、第２−２の駆動部４及び第２の固定部５は、第１−２の駆動部４、第１の固定部３、第１−１の駆動部４及び第１の固定部５と同様である。
【００３３】
また、最上段の第１の固定部５または最下段の第２の固定部５には、図２に示した外周側の固定部５と同様に、高分子素材２の電極２１と接触する面に、アルミニウム箔等で形成したリード部（図示せず）が設けられている。これにより、図１に示したように、電源２２から、リード線２３及び固定部５のリード部を介して、音響信号が重畳した直流バイアス電圧を高分子素材２の電極２１へ印加することができ、高分子素材２を変形して、第１及び第２の固定部３、並びに、第１−１、第１−２、第２−１及び第２−２の駆動部４を駆動し、発音することができる。
【００３４】
また、ユニット１０−２ａ，１０−２ｂにおいて、最上段の第１の固定部５、中央の固定部５及び最下段の第２の固定部５の左右の端近傍には、高分子素材２（電極２１が塗布された高分子素材２）の両面に沿ったアクリル製の板が設けられ、これら２枚の縦長の長方形板が、スペーサ６及びスペーサ固定部材７にて高分子素材２を挟み込み、さらに、外縁からクリップ（図示せず、後述する図６のクリップ８を参照）を取り付けて、２枚の長方形板及び高分子素材２を挟み込んでいる（図示せず）。尚、スペーサ６及びスペーサ固定部材７は、所定間隔に所定数設けられる。クリップについても同様である。これにより、最上段の第１の固定部５、中央の固定部５及び最下段の第２の固定部５を共通に固定することができ、音圧及び音量を大きくし、安定した発音を実現することができる。
【００３５】
〔第３のプッシュプル型スピーカ〕
次に、第３のプッシュプル型スピーカについて説明する。第３のプッシュプル型スピーカは、正面が円形状に形成され、発音体として駆動する高分子素材２の折り返し回数が３（２＋０．５＋０．５＝３段）になっている。
【００３６】
図４は、第３のプッシュプル型スピーカの構造を示す正面図（１）及び側面図（２）である。このプッシュプル型スピーカ１−３は、２枚のユニット１０−３（１０−３ａ，１０−３ｂ）により構成される。各ユニット１０−３は、円形の高分子素材２からなり、外周から中央へ向けて、リング状の固定部９、第１の駆動部４、固定部５、第２の駆動部４、固定部３及び第３の駆動部４を備え、さらに、中央に円形状の固定部５を備えている。図２に示したプッシュプル型スピーカ１−１とこのプッシュプル型スピーカ１−３とを比較すると、このプッシュプル型スピーカ１−３は、プッシュプル型スピーカ１−１の構成に加えて、さらに、外周側に固定部９及び駆動部４を備えており、プッシュプル型スピーカ１−１よりも折り返しの回数が多い点で相違する。外周側の固定部９以外の構成部は、図２に示したプッシュプル型スピーカ１−１と同様であるから、説明を省略する。
【００３７】
プッシュプル型スピーカ１−３において、第２の駆動部４、固定部３及び第３の駆動部４により１＋１＝２段の折り返し部を形成し、外周側の固定部９の片側に設けられた第１の駆動部４により０．５＋０．５＝１段の半折り返し部を形成している。
【００３８】
外周側の固定部９は、ユニット１０−３ａ，１０−３ｂの２枚の高分子素材２（電極２１が塗布された高分子素材２）間に絶縁体を挟み込み、これらを１体に形成し、その両面にアクリル製の板を設け、これら２枚のリング状の板に対して外縁からクリップ（図示せず、後述する図６のクリップ８を参照）を取り付けることにより形成する。クリップは、外周側の固定部９において、所定間隔に所定数設けられる。尚、外周側の固定部９は、高分子素材２の両面に形成された電極２１を取り除き、高分子素材２同士を接合し、クリップを挟み込むことにより形成するようにしてもよい。絶縁体または絶縁物を用いるのは、高分子素材２を一体化したときに、その内側において電極２１が導通しないようにするためである。
【００３９】
尚、外周側の固定部９、第１の固定部５及び第２の固定部５を共通に固定するための固定部材を設けるようにしてもよい。これにより、３箇所の固定部５，９の共通の固定位置を基準にして、固定部３及び駆動部４を駆動することができるから、３箇所の固定部５，９が共通に固定されていない場合に比べ、音圧及び音量を大きくし、安定した発音を実現することができる。
【００４０】
このように、図４に示した第３のプッシュプル型スピーカ１−３によれば、外周側の固定部９において、ユニット１０−３ａ，１０−３ｂの高分子素材２（電極２１が塗布された高分子素材２）を、間挿した絶縁体と共に（または電極２１を取り除いて）一体化し、アクリル製の板を用いて挟み込むようにした。これにより、ユニット１０−３ａとユニット１０−３ｂとが、外周側の固定部９において隙間の無い状態で接合され、プッシュプル型スピーカ１−３の外縁部は、図２に示したプッシュプル型スピーカ１−１の外縁部及び図３に示したプッシュプル型スピーカ１−２の外縁部とは異なり、高分子素材２に塗布された電極２１が外部に露出しない構造となる。したがって、プッシュプル型スピーカ１−３の側面において、安全性を確実に確保することができる。
【００４１】
〔プッシュプル型スピーカの側面構成の詳細〕
次に、図２〜図４に示したプッシュプル型スピーカ１−１〜１−３の側面構成について詳細に説明する。図５は、図２（２）、図３（２）及び図４（２）に示したプッシュプル型スピーカ１−１〜１−３の側面図の一部を示す図である。プッシュプル型スピーカ１−１〜１−３において、図２（１）、図３（１）及び図４（１）に示したユニット１０−１〜１０−３を２枚用意し、２枚のユニット１０−１ａ〜１０−３ａ（以下、第１のユニット１０という。）及びユニット１０−１ｂ〜１０−３ｂ（以下、第２のユニット１０という。）を空間的に離して対向させ、第１のユニット１０の固定部５と第２のユニット１０の固定部５との間に、プラスチック製柱のスペーサ６を挿入してスペーサ固定部材７で固定する。固定部３は、第１及び第２のユニット１０において共有の構造とするために、高分子素材２の対向面を、接着剤または両面テープを用いて互いに貼り合わせて一体的に成形する。そして、スペーサ６の長さを調整することにより、高分子素材２に対し、発音体として最適な張力を掛ける。これにより、所定の周波数特性を有する発音体を製作することができる。ここで、固定部３及び駆動部４の高分子素材２に掛かる張力が変化すると、周波数特性も変化する。したがって、スペーサ６の長さを調整し、固定部３及び駆動部４の高分子素材２に掛かる張力を変化させることにより、発音体の周波数特性を変化させることができる。
【００４２】
このように構成されたプッシュプル型スピーカ１−１〜１−３において、第１のユニット１０に対し、正相の音響信号を重畳した直流バイアス電圧を印加し、第２のユニット１０に対し、逆相の音響信号を重畳した直流バイアス電圧を印加する。これにより、第１のユニット１０が伸びるときは第２のユニット１０が縮み、逆に第１のユニット１０が縮むときは第２のユニット１０が伸びるように動作する。例えば、第１のユニット１０が伸びて第２のユニット１０が縮むときは、図５の矢印γ２のように動作し、第１のユニット１０が縮み第２のユニット１０が伸びるときは、図５の矢印γ１のように動作する。したがって、それぞれ異なる相の音響信号を重畳した直流バイアス電圧を印加することにより、固定部３及び駆動部４はプッシュプル駆動し、固定部３及び駆動部４が振動して発音を行うことができる。尚、前述のとおり、固定部３には、導電性を有する電極２１である橋梁部が数箇所設けられている。これにより、固定部３によって両側の駆動部４が分断されることなく、両側の駆動部４における電極２１を導通させることができる。
【００４３】
〔折り返し回数が１（１段折り返し）のプッシュプル型スピーカ〕
次に、１段折り返しプッシュプル型スピーカの外観について説明する。図６は、１段折り返しプッシュプル型スピーカの外観図（１）及び側面図（２）である。このプッシュプル型スピーカ１００は、正面が円形状に形成され、発音体として駆動する高分子素材２の折り返し回数が１（１段）になっている。このプッシュプル型スピーカ１００も、図２〜図４と同様に、２枚のユニット１０により構成され、外周から内周へ向けて、リング状の固定部５及び駆動部４を備え、中央に円形状の固定部３を備えている。固定部３、駆動部４及び固定部５は、図２に示したものと同様である。
【００４４】
外周の固定部５は、２枚のアクリル製のリング状板が、スペーサ６及びスペーサ固定部材７にて高分子素材２を挟み込み、さらに、外縁からクリップ８を取り付けてリング状板及び高分子素材２を挟み込むことにより形成されている。固定部３は、２枚のユニット１０を部分的に接続して固定するため、高分子素材２同士が接合している。
【００４５】
このように構成されたプッシュプル型スピーカ１００は、第１及び第２のユニット１０に対し、それぞれ異なる相の音響信号を重畳した直流バイアス電圧を印加することによって、固定部３及び駆動部４をプッシュプル駆動し、固定部３及び駆動部４を振動させて発音を行う。
【００４６】
〔２段折り返しプッシュプル型スピーカと１段折り返しプッシュプル型スピーカとの間の厚み（奥行き）の比較〕
次に、図２に示した２段折り返しプッシュプル型スピーカ１−１と、図６に示した１段折り返しプッシュプル型スピーカ１００との間の厚みの違いについて説明する。図７（１）は、２段折り返しプッシュプル型スピーカ１−１の側面図を示し、図７（２）は、１段折り返しプッシュプル型スピーカ１００の側面図を示している。スペーサ６及びスペーサ固定部材７は省略してある。
【００４７】
図７（１）に示すように、プッシュプル型スピーカ１−１は、駆動部４−１，４−２及び固定部３−１により１段目の折り返しを形成し、駆動部４−３，４−４及び固定部３−２により２段目の折り返しを形成した２段折り返し構造になっている。一方、図７（２）に示すように、プッシュプル型スピーカ１００は、駆動部４−１，４−２及び固定部３により１段目の折り返しを形成した１段折り返し構造になっている。
【００４８】
ここで、図７（２）のプッシュプル型スピーカ１００と同程度の音圧及び音量を実現するための、図７（１）のプッシュプル型スピーカ１−１を想定する。図７（２）のプッシュプル型スピーカ１００において、厚み（ｈ１）方向に垂直の方向をｙ軸とし、ｙ軸と駆動部４−２との間の角度をθとする（ｙ軸と駆動部４−１との間の角度もθである）。図７（２）のプッシュプル型スピーカ１００と同程度の音圧及び音量を、図７（１）のプッシュプル型スピーカ１−１によって実現するためには、プッシュプル型スピーカ１−１の駆動部４−１〜４−４に掛ける張力を、プッシュプル型スピーカ１００の駆動部４−１，４−２に掛ける張力と同じにする必要がある。つまり、プッシュプル型スピーカ１−１においても、ｙ軸と駆動部４−１〜４−４との間の角度をθとし、さらに、プッシュプル型スピーカ１−１の駆動部４−１〜４−４を、プッシュプル型スピーカ１００の駆動部４−１，４−２と同じ合計面積とする。これは、音圧及び音量が、前記角度θ及び面積により決定されるからである。
【００４９】
そこで、プッシュプル型スピーカ１−１の駆動部４−１〜４−４を、プッシュプル型スピーカ１００の駆動部４−１，４−２と同じ合計面積になるように形成し、プッシュプル型スピーカ１−１のスペーサ６（図示せず）の長さを適切に調整することにより、プッシュプル型スピーカ１００と同様の角度θとし、駆動部４−１〜４−２に対して所定の同じテンションを掛ける。これにより、ｈ１＜ｈ２となり、図７（１）のプッシュプル型スピーカ１−１の方が図７（２）のプッシュプル型スピーカ１００よりも厚み（奥行き）が薄くなる。したがって、２段以上の折り返しプッシュプル型構造とすることにより、図７（２）の１段折り返しプッシュプル型スピーカ１００よりも厚みを低減させて薄型化を実現することが可能となる。折り返し回数を多くするほど、その厚みは薄くなるといえる。
【００５０】
以上のように、本発明の実施形態によるプッシュプル型スピーカ１−１〜１−３によれば、固定部３及び駆動部４が２段以上の複数段の折り返しプッシュプル型構造に形成し、このプッシュプル型構造により、高分子素材２の面方向の伸縮を活用して固定部３及び駆動部４が振動し、発音を行うようにした。これにより、膜厚方向の伸縮よりも面方向の伸縮の方が大きい高分子素材２の特性を効果的に活用することができ、平面形状のままで、効率良く発音を行うことができる。
【００５１】
また、本発明の実施形態によるプッシュプル型スピーカ１−１〜１−３によれば、薄い膜厚の高分子素材２を用いた２枚のユニット１０にて形成し、さらに、固定部３及び駆動部４が２段以上の複数段の折り返しプッシュプル型構造で形成するようにしたから、スピーカ装置としての厚み（奥行き）を薄くすることができ、小型軽量化を実現することができる。
【００５２】
また、図６及び図７（２）に示したプッシュプル型スピーカ１００では、所定の音圧及び音量を実現するために、駆動部４−１，４−２の面積を広くする必要があり、固定部５と固定部３との間の距離（駆動部４−１，４−２の長さ）が長くなってしまう。このため、所定の音圧及び音量を実現するための張力を駆動部４−１，４−２に掛けることが困難になる。これに対し、プッシュプル型スピーカ１−１〜１−３では、プッシュプル型スピーカ１００の駆動部４−１，４−２よりも面積の狭い複数の駆動部４を備えているから、固定部５と固定部３との間の距離（駆動部４の長さ）を短くすることができ、所定の音圧及び音量を実現するための張力を駆動部４に掛けることが可能となる。
【００５３】
また、本発明の実施形態によるプッシュプル型スピーカ１−１〜１−３によれば、折り返し形状を構成する第１の駆動部４と第２の駆動部４との間に固定部３を設けるようにした。この場合、第１の駆動部４と第２の駆動部４との間の距離である固定部３の距離を短くすることにより、折り返し回数を増やすことができる。これにより、プッシュプル型スピーカ１−１〜１−３の厚みを一層薄くすることができる。
【００５４】
したがって、高分子素材２の面方向の伸縮を効果的に発音に活用し、かつ、プッシュプル型構造の厚みを低減させて薄型化を実現することが可能となる。つまり、良好な音響特性を有した小型軽量のスピーカを、薄い厚み（奥行き）で製作することが可能となる。
【００５５】
以上、実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。前記実施形態では、フィルム状の高分子素材２として、厚さ１００μｍのポリウレタンを用いるようにしたが、本発明は、他の高分子素材を用いる場合にも適用がある。また、前記実施形態では、電極２１の材料としてポリエチレンジオキシチオフェンを用いるようにしたが、本発明は、他の柔軟な電極材料を用いる場合にも適用がある。
【００５６】
また、前記実施形態では、ユニット１０の形状（高分子素材２の形状）を円形または長方形とするようにしたが、円形及び長方形以外の形状（例えば多角形）にするようにしてもよい。これにより、実施形態のプッシュプル型スピーカ１−１〜１−３は円形または長方形の形状であり両指向性を有するが、本発明では、その形状に限定されず、自由な形状で構成することができる。したがって、プッシュプル型スピーカ１−１〜１−３を自由な形状で製作することができ、壁、天井等の任意の位置に設置することができる。
【００５７】
また、前記実施形態では、１枚の高分子素材２を用いてユニット１０を形成するようにしたが、１枚の高分子素材２の代わりに、複数枚の高分子素材２を多層化した多層化高分子素材を用いてユニット１０を形成するようにしてもよい。電極２１は、多層化した高分子素材２毎に形成されるから、１枚の高分子素材２を用いた場合と同じ電圧を印加すればよい。これにより、印加電圧を高くすることなく、高分子素材２に掛かる張力に対して耐久力を有することができる。
【００５８】
また、前記実施形態では、図２及び図３に示したプッシュプル型スピーカ１−１，１−２の折り返し回数を２とし、図４に示したプッシュプル型スピーカ１−３の折り返し回数を３としたが、本発明はその回数（段数）に限定されず、２以上の回数であれば適用がある。
【００５９】
また、前記実施形態では、図２、図３及び図４に示したプッシュプル型スピーカ１−１〜１−３において、第１のユニット１０に対し、正相の音響信号を重畳した直流バイアス電圧を印加し、第２のユニット１０に対し、逆相の音響信号を重畳した直流バイアス電圧を印加するようにした。これに対し、例えば、高分子素材２が圧電性の場合には、第１のユニット１０に対し、正相の交流電圧のみを印加し、第２のユニット１０に対し、逆相の交流電圧のみを印加するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１，１００ プッシュプル型スピーカ
２ 高分子素材
３，５，９ 固定部
４ 駆動部
６ スペーサ
７ スペーサ固定部材
８ クリップ
１０ ユニット
２１ 電極
２２ 電源
２３ リード線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気信号を音信号に変換する電気／音響変換技術に属し、特に、自由な形状に製作可能なスピーカ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、次世代の音響システムとして期待されている多チャンネル音響システムまたはフレキシブルな携帯用ディスプレイの分野では、小型で軽量なスピーカの開発が求められている。この要求に応えるため、柔軟で伸縮自在な高分子素材を用いた、設計の自由度の高いスピーカの開発が進められている。例えば、ＰＶＤＦ（Polyvinylidene fluoride／ポリフッ化ビニリデン）等の圧電素材を用いたフィルムスピーカ、電場駆動型エラストマーを用いた発音体等が知られている（非特許文献１，２を参照）。
【０００３】
この電場駆動型エラストマーを用いた発音体は、電極間へ電圧を印加することによって生じる厚みの変化及び面積の変化を利用して発音するものである（特許文献１，２を参照）。電場駆動型エラストマーは、ゴム状の弾性を有する高分子素材であるエラストマー、電極及び駆動方式を組み合わせることにより、その形状を電気的に制御して所望の動作を得ることを目的としたデバイスである。
【０００４】
このような電場駆動型エラストマーを用いた発音体に対し、材料、音響特性、動作等の様々な調査及び研究が進められている（非特許文献３，４を参照）。ＰＶＤＦ等の圧電素材または電場駆動型エラストマーの素材を膜状にして使用する場合には、厚み方向の伸縮よりも面方向の伸縮の方が大きいことが確認されている。すなわち、厚み方向の変化よりも面方向の変化の方が、発音に及ぼす影響が大きい。
【０００５】
そこで、高分子素材の面方向の伸縮を効果的に活用して効率の良い発音を可能にした発音体が開発されている（非特許文献５を参照）。この発音体は、ＰＶＤＦ等の圧電素材または電場駆動型エラストマーのような変形する高分子素材を用いて、厚み方向の伸縮よりも面方向の伸縮を活用できるプッシュプル型構造に構成されている。この発音体によれば、周波数帯域を大幅に改善することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２７２９７８号公報
【特許文献２】特開２００９−２７８３７７号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】T.Sugimoto,et al,“PVDF-driven flexible and transparent loudspeaker”,Applied Acoustics 70 pp.1021-1028 (2009).
【非特許文献２】杉本他、「電場駆動型エラストマーの動作解析」、日本音響学会秋季研究発表会、3-4-5 (2009).
【非特許文献３】杉本他、「電場駆動型エラストマー発音体における材料定数と音響特性の関係」、日本音響学会春季研究発表会、1-4-14 (2009).
【非特許文献４】杉本他、「電場駆動型エラストマーを用いた発音体」、日本音響学会秋季研究発表会、2-8-2 (2008).
【非特許文献５】杉本他、「電場駆動型エラストマーを用いたプッシュプル型発音体」、日本音響学会春季研究発表会、1-5-19 (2010).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、このようなプッシュプル型構造の発音体を構成する場合、高分子素材の面方向の伸縮を活用するから、高分子素材に対してある程度の面積を確保する必要がある。また、発音体を安定して動作させるためには、高分子素材の膜に一定の張力を掛ける必要があり、音圧及び音量を向上させるためには、発音体の口径を大きくする必要がある。このため、高分子素材に対してある程度の面積を確保する必要があり、面積に比例して発音体の構造の厚みも大きくなってしまうという問題があった（後述する図７（２）のｈ２を参照）。
【０００９】
そこで、本発明は前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、高分子素材の面方向の伸縮を効果的に発音に活用し、かつ、プッシュプル型構造の厚みを低減させて薄型化を実現可能なスピーカ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明は、空間的に離して対向させた弾性を有する２枚のフィルム状高分子素材を備え、前記２枚の高分子素材の両面にそれぞれ電極を形成し、前記第１の高分子素材の電極及び前記第２の高分子素材の電極に対し、逆相関係の音響信号を直流バイアス電圧に重畳して印加することにより、前記２枚の高分子素材が面方向に変形し、プッシュプル動作して発音するスピーカ装置において、前記２枚の高分子素材を所定位置にそれぞれ固定する第１の固定部と、前記第１の固定部から前記２枚の高分子素材のそれぞれに所定の張力を掛けた状態で、前記音響信号の印加により前記高分子素材が面方向に変形する駆動部と、前記第１の高分子素材と前記第２の高分子素材とを一体的に接合した接合部とを備え、前記接合部の両側に第１及び第２の前記駆動部を設けて、前記第１の固定部を基準にした折り返し部を形成し、前記折り返し部による折り返し回数が複数になるようにしたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、請求項１に記載のスピーカ装置において、前記逆相関係の音響信号を直流バイアス電圧に重畳して印加する代わりに、逆相関係の交流電圧の信号を印加することにより変形する、高分子素材を利用することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、請求項１または２に記載のスピーカ装置において、当該スピーカ装置の外周側に、前記２枚の高分子素材を接合して固定する第２の固定部を備え、前記第２の固定部の片側に前記駆動部を設け、前記駆動部の片側に前記第１の固定部を設け、前記第１の固定部を基準にした半折り返し部を形成し、前記折り返し部及び前記半折り返し部による折り返し回数が複数になるようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明のスピーカ装置によれば、駆動部及び接合部からなる複数の折り返し部を形成するようにした。これにより、高分子素材の面方向の伸縮を効果的に発音に活用し、かつ、プッシュプル型構造の厚みを低減させて薄型化を実現することが可能となる。したがって、良好な音響特性を有した小型軽量のスピーカを、薄い厚みで製作することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態によるプッシュプル型スピーカに用いる高分子素材及びその特性を説明する図である。
【図２】第１のプッシュプル型スピーカの構造を示す正面図（１）及び側面図（２）である。
【図３】第２のプッシュプル型スピーカの構造を示す正面図（１）及び側面図（２）である。
【図４】第３のプッシュプル型スピーカの構造を示す正面図（１）及び側面図（２）である。
【図５】第１〜第３のプッシュプル型スピーカの側面図の一部を示す図である。
【図６】１段折り返しプッシュプル型スピーカの外観図（１）及び側面図（２）である。
【図７】２段折り返しプッシュプル型スピーカ（第１のプッシュプル型スピーカ）及び１段折り返しプッシュプル型スピーカの厚みの違いを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて詳細に説明する。
〔高分子素材の構成及び動作原理〕
まず、本発明の実施形態によるプッシュプル型スピーカ（スピーカ装置）に用いる高分子素材について説明する。図１は、高分子素材及びその特性を説明する図である。プッシュプル型スピーカは、発音体として高分子素材２を用い、高分子素材２の面方向の伸縮を活用して発音する。
【００１６】
この高分子素材２は、例えばポリウレタンからなるエラストマーフィルムが用いられ、その両面には電極２１が成膜される。高分子素材２の厚さは例えば約１００μｍである。電極（ＰＥＤＯＴ電極）２１は、導電性高分子の１種であるポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）を塗布することにより形成される。高分子素材２及び電極２１はいずれも、柔軟な特性を有する弾性体である。リード線２３には例えば、導電性の接着剤を利用した銅テープまたはアルミニウム箔が用いられる。電源２２は、リード線２３を介して電極２１間へ、発音源となる音響信号を重畳した直流バイアス電圧を印加する。
【００１７】
高分子素材２の安定した動作のためには、電極２１を一様な厚さで形成する必要がある。そこで、高分子素材２のサイズが小さい場合は、スピンコートを用いて電極２１を形成する。また、高分子素材２のサイズが大きい場合は、ＰＥＤＯＴ及びエタノール溶液を掛け流して電極２１を形成する。これにより、電極２１の塗布むらを解消することができる。
【００１８】
電極２１が形成された高分子素材２に対し、電源２２から電極２１間に直流バイアス電圧を印加すると、電極２１間に働くクーロン力によって圧縮力が生じ、高分子素材２は厚み方向に押し潰される。高分子素材２は、厚み方向に圧縮し（図１の矢印α）、マクスウェル応力によって平面方向に伸長する（矢印β）。そして、印加する直流バイアス電圧に、交流の電圧である音響信号を重畳すると、その音響信号に合わせて高分子素材２が変形し、高分子素材２は発音体として駆動することができる。
【００１９】
〔第１のプッシュプル型スピーカ〕
次に、図１の高分子素材２を用いたプッシュプル型スピーカについて、例を挙げて説明する。まず、第１のプッシュプル型スピーカについて説明する。第１のプッシュプル型スピーカは、正面が円形状に形成され、発音体として駆動する高分子素材２の折り返し回数が２（２段）になっている。
【００２０】
図２は、第１のプッシュプル型スピーカの構造を示す正面図（１）及び側面図（２）である。このプッシュプル型スピーカ１−１は、２枚のユニット１０−１（１０−１ａ，１０−１ｂ）により構成される。各ユニット１０−１は、円形の高分子素材２からなり、外周から中央へ向けて、リング状の固定部５、第１の駆動部４、固定部（接合部）３及び第２の駆動部４を備え、さらに、中央部に円形状の固定部５を備えている。プッシュプル型スピーカ１−１の厚さ（ｈ１）方向に垂直の方向をｙ軸として、ｙ軸と各駆動部４との間の角度はいずれもθであるとする（後述する第２及び第３のプッシュプル型スピーカ１−２，１−３についても同様である）。
【００２１】
プッシュプル型スピーカ１−１において、第１の駆動部４、固定部３及び第２の駆動部４により１＋１＝２段の折り返し部を形成している。
【００２２】
外周側の固定部５は、高分子素材２（電極２１が塗布された高分子素材２）の両面にアクリル製の板が設けられ、これら２枚のリング状の板が、スペーサ６及びスペーサ固定部材７にて高分子素材２を挟み込み、さらに、外縁からクリップ（図示せず、後述する図６のクリップ８を参照）を取り付けて、２枚のリング状の板及び高分子素材２を挟み込むことにより形成される。尚、スペーサ６及びスペーサ固定部材７は、後述する図６に示すように、リング状の固定部５において、所定間隔に所定数設けられる。クリップについても同様である。第１及び第２の駆動部４は、高分子素材２の両面に電極２１が塗布されている。
【００２３】
固定部３は、ユニット１０−１ａとユニット１０−１ｂとを部分的に接続して固定するため、高分子素材２同士が接合している。固定部３は、電極２１が両面に形成されたフィルム状（平面状）に切り出された高分子素材２に対し、電極２１をエタノール等で取り除くことにより形成されるが、取り除かずに使用することも可能である。これにより、第１及び第２の駆動部４の間に設けられた固定部３は、高分子素材２をそのまま用いて一体的に形成されるから、別の素材を用いる必要がなく、容易に形成することができる。固定部３として別の素材を用いる場合には、その素材を、電極２１が取り除かれた高分子素材２上（ポリウレタンのエラストマーフィルム上）に貼付して形成する。例えば、固定部３の素材として、剛性を有するＰＥＴ等のプラスチック素材である絶縁物を電極２１に貼付けて形成するようにしてもよい。また、固定部３は、第１の駆動部４の電極２１と第２の駆動部４の電極２１とを導通するために、数箇所の電極２１が橋梁部として残される。つまり、固定部３には、高分子素材２上に、数箇所の橋梁部（電極２１）が設けられている。
【００２４】
中央の固定部５は、外周側の固定部５と同様に、高分子素材２（電極２１が塗布された高分子素材２）の両面にアクリル製の板が設けられ、これら２枚のリング状の板が、スペーサ６及びスペーサ固定部材７にて高分子素材２を挟み込むことにより形成される。
【００２５】
また、外周側の固定部５には、高分子素材２の電極２１と接触する面に、アルミニウム箔等で形成したリード部（図示せず）が設けられている。これにより、図１に示したように、電源２２から、リード線２３及び固定部５のリード部を介して、音響信号が重畳した直流バイアス電圧を高分子素材２の電極２１間へ印加することができ、高分子素材２を変形して、固定部３及び駆動部４をプッシュプル駆動し、発音することができる。
【００２６】
尚、外周側の固定部５と中央の固定部５とを共通に固定するための固定部材を設けるようにしてもよい。これにより、外周側の固定部５及び中央の固定部５の共通の固定位置を基準にして、固定部３及び駆動部４をプッシュプル駆動することができるから、両固定部５が共通に固定されていない場合に比べ、音圧及び音量を大きくし、安定した発音を実現することができる。
【００２７】
〔第２のプッシュプル型スピーカ〕
次に、第２のプッシュプル型スピーカについて説明する。第２のプッシュプル型スピーカは、正面が長方形状に形成され、発音体として駆動する高分子素材２の折り返し回数が２（２段）になっている。
【００２８】
図３は、第２のプッシュプル型スピーカの構造を示す正面図（１）及び側面図（２）である。このプッシュプル型スピーカ１−２は、２枚のユニット１０−２（１０−２ａ，１０−２ｂ）により構成される。各ユニット１０−２は、長方形の高分子素材２からなり、上段から下段へ向けて、横長の第１の固定部５、第１−１の駆動部４、第１の固定部３及び第１−２の駆動部４を備え、中央部に横長の固定部５を備え、さらに、横長の第２−１の駆動部４、第２の固定部３、第２−２の駆動部４及び第２の固定部５を備えている。固定部３、駆動部４及び固定部５は、形状を除いて図２に示したものと同じである。
【００２９】
プッシュプル型スピーカ１−２において、第１−１の駆動部４、第１の固定部３及び第１−２の駆動部４により１段の折り返し部を形成し、第２−１の駆動部４、第２の固定部３及び第２−２の駆動部４により１段の折り返し部を形成している。
【００３０】
最上段の第１の固定部５は、高分子素材２（電極２１が塗布された高分子素材２）の両面にアクリル製の板が設けられ、これら２枚の横長の長方形板が、スペーサ６及びスペーサ固定部材７にて高分子素材２を挟み込み、さらに、外縁からクリップ（図示せず、後述する図６のクリップ８を参照）を取り付けて、２枚の長方形板及び高分子素材２を挟み込むことにより形成される。尚、スペーサ６及びスペーサ固定部材７は、後述する図６に示すように、第１の固定部５において、所定間隔に所定数設けられる。クリップについても同様である。第１−１及び第１−２の駆動部４は、高分子素材２の両面に電極２１が塗布されている。
【００３１】
第１の固定部３は、図２に示した固定部３と同様に、ユニット１０−２ａとユニット１０−２ｂとを部分的に接続して固定するため、高分子素材２同士が接合している。また、第１−１の駆動部４の電極２１と第１−２の駆動部４の電極２１とを導通するため、数箇所の電極２１が橋梁部として残されている。
【００３２】
中央の固定部５は第１の固定部５と同様である。また、第２−１の駆動部４、第２の固定部３、第２−２の駆動部４及び第２の固定部５は、第１−２の駆動部４、第１の固定部３、第１−１の駆動部４及び第１の固定部５と同様である。
【００３３】
また、最上段の第１の固定部５または最下段の第２の固定部５には、図２に示した外周側の固定部５と同様に、高分子素材２の電極２１と接触する面に、アルミニウム箔等で形成したリード部（図示せず）が設けられている。これにより、図１に示したように、電源２２から、リード線２３及び固定部５のリード部を介して、音響信号が重畳した直流バイアス電圧を高分子素材２の電極２１へ印加することができ、高分子素材２を変形して、第１及び第２の固定部３、並びに、第１−１、第１−２、第２−１及び第２−２の駆動部４を駆動し、発音することができる。
【００３４】
また、ユニット１０−２ａ，１０−２ｂにおいて、最上段の第１の固定部５、中央の固定部５及び最下段の第２の固定部５の左右の端近傍には、高分子素材２（電極２１が塗布された高分子素材２）の両面に沿ったアクリル製の板が設けられ、これら２枚の縦長の長方形板が、スペーサ６及びスペーサ固定部材７にて高分子素材２を挟み込み、さらに、外縁からクリップ（図示せず、後述する図６のクリップ８を参照）を取り付けて、２枚の長方形板及び高分子素材２を挟み込んでいる（図示せず）。尚、スペーサ６及びスペーサ固定部材７は、所定間隔に所定数設けられる。クリップについても同様である。これにより、最上段の第１の固定部５、中央の固定部５及び最下段の第２の固定部５を共通に固定することができ、音圧及び音量を大きくし、安定した発音を実現することができる。
【００３５】
〔第３のプッシュプル型スピーカ〕
次に、第３のプッシュプル型スピーカについて説明する。第３のプッシュプル型スピーカは、正面が円形状に形成され、発音体として駆動する高分子素材２の折り返し回数が３（２＋０．５＋０．５＝３段）になっている。
【００３６】
図４は、第３のプッシュプル型スピーカの構造を示す正面図（１）及び側面図（２）である。このプッシュプル型スピーカ１−３は、２枚のユニット１０−３（１０−３ａ，１０−３ｂ）により構成される。各ユニット１０−３は、円形の高分子素材２からなり、外周から中央へ向けて、リング状の固定部９、第１の駆動部４、固定部５、第２の駆動部４、固定部３及び第３の駆動部４を備え、さらに、中央に円形状の固定部５を備えている。図２に示したプッシュプル型スピーカ１−１とこのプッシュプル型スピーカ１−３とを比較すると、このプッシュプル型スピーカ１−３は、プッシュプル型スピーカ１−１の構成に加えて、さらに、外周側に固定部９及び駆動部４を備えており、プッシュプル型スピーカ１−１よりも折り返しの回数が多い点で相違する。外周側の固定部９以外の構成部は、図２に示したプッシュプル型スピーカ１−１と同様であるから、説明を省略する。
【００３７】
プッシュプル型スピーカ１−３において、第２の駆動部４、固定部３及び第３の駆動部４により１＋１＝２段の折り返し部を形成し、外周側の固定部９の片側に設けられた第１の駆動部４により０．５＋０．５＝１段の半折り返し部を形成している。
【００３８】
外周側の固定部９は、ユニット１０−３ａ，１０−３ｂの２枚の高分子素材２（電極２１が塗布された高分子素材２）間に絶縁体を挟み込み、これらを１体に形成し、その両面にアクリル製の板を設け、これら２枚のリング状の板に対して外縁からクリップ（図示せず、後述する図６のクリップ８を参照）を取り付けることにより形成する。クリップは、外周側の固定部９において、所定間隔に所定数設けられる。尚、外周側の固定部９は、高分子素材２の両面に形成された電極２１を取り除き、高分子素材２同士を接合し、クリップを挟み込むことにより形成するようにしてもよい。絶縁体または絶縁物を用いるのは、高分子素材２を一体化したときに、その内側において電極２１が導通しないようにするためである。
【００３９】
尚、外周側の固定部９、第１の固定部５及び第２の固定部５を共通に固定するための固定部材を設けるようにしてもよい。これにより、３箇所の固定部５，９の共通の固定位置を基準にして、固定部３及び駆動部４を駆動することができるから、３箇所の固定部５，９が共通に固定されていない場合に比べ、音圧及び音量を大きくし、安定した発音を実現することができる。
【００４０】
このように、図４に示した第３のプッシュプル型スピーカ１−３によれば、外周側の固定部９において、ユニット１０−３ａ，１０−３ｂの高分子素材２（電極２１が塗布された高分子素材２）を、間挿した絶縁体と共に（または電極２１を取り除いて）一体化し、アクリル製の板を用いて挟み込むようにした。これにより、ユニット１０−３ａとユニット１０−３ｂとが、外周側の固定部９において隙間の無い状態で接合され、プッシュプル型スピーカ１−３の外縁部は、図２に示したプッシュプル型スピーカ１−１の外縁部及び図３に示したプッシュプル型スピーカ１−２の外縁部とは異なり、高分子素材２に塗布された電極２１が外部に露出しない構造となる。したがって、プッシュプル型スピーカ１−３の側面において、安全性を確実に確保することができる。
【００４１】
〔プッシュプル型スピーカの側面構成の詳細〕
次に、図２〜図４に示したプッシュプル型スピーカ１−１〜１−３の側面構成について詳細に説明する。図５は、図２（２）、図３（２）及び図４（２）に示したプッシュプル型スピーカ１−１〜１−３の側面図の一部を示す図である。プッシュプル型スピーカ１−１〜１−３において、図２（１）、図３（１）及び図４（１）に示したユニット１０−１〜１０−３を２枚用意し、２枚のユニット１０−１ａ〜１０−３ａ（以下、第１のユニット１０という。）及びユニット１０−１ｂ〜１０−３ｂ（以下、第２のユニット１０という。）を空間的に離して対向させ、第１のユニット１０の固定部５と第２のユニット１０の固定部５との間に、プラスチック製柱のスペーサ６を挿入してスペーサ固定部材７で固定する。固定部３は、第１及び第２のユニット１０において共有の構造とするために、高分子素材２の対向面を、接着剤または両面テープを用いて互いに貼り合わせて一体的に成形する。そして、スペーサ６の長さを調整することにより、高分子素材２に対し、発音体として最適な張力を掛ける。これにより、所定の周波数特性を有する発音体を製作することができる。ここで、固定部３及び駆動部４の高分子素材２に掛かる張力が変化すると、周波数特性も変化する。したがって、スペーサ６の長さを調整し、固定部３及び駆動部４の高分子素材２に掛かる張力を変化させることにより、発音体の周波数特性を変化させることができる。
【００４２】
このように構成されたプッシュプル型スピーカ１−１〜１−３において、第１のユニット１０に対し、正相の音響信号を重畳した直流バイアス電圧を印加し、第２のユニット１０に対し、逆相の音響信号を重畳した直流バイアス電圧を印加する。これにより、第１のユニット１０が伸びるときは第２のユニット１０が縮み、逆に第１のユニット１０が縮むときは第２のユニット１０が伸びるように動作する。例えば、第１のユニット１０が伸びて第２のユニット１０が縮むときは、図５の矢印γ２のように動作し、第１のユニット１０が縮み第２のユニット１０が伸びるときは、図５の矢印γ１のように動作する。したがって、それぞれ異なる相の音響信号を重畳した直流バイアス電圧を印加することにより、固定部３及び駆動部４はプッシュプル駆動し、固定部３及び駆動部４が振動して発音を行うことができる。尚、前述のとおり、固定部３には、導電性を有する電極２１である橋梁部が数箇所設けられている。これにより、固定部３によって両側の駆動部４が分断されることなく、両側の駆動部４における電極２１を導通させることができる。
【００４３】
〔折り返し回数が１（１段折り返し）のプッシュプル型スピーカ〕
次に、１段折り返しプッシュプル型スピーカの外観について説明する。図６は、１段折り返しプッシュプル型スピーカの外観図（１）及び側面図（２）である。このプッシュプル型スピーカ１００は、正面が円形状に形成され、発音体として駆動する高分子素材２の折り返し回数が１（１段）になっている。このプッシュプル型スピーカ１００も、図２〜図４と同様に、２枚のユニット１０により構成され、外周から内周へ向けて、リング状の固定部５及び駆動部４を備え、中央に円形状の固定部３を備えている。固定部３、駆動部４及び固定部５は、図２に示したものと同様である。
【００４４】
外周の固定部５は、２枚のアクリル製のリング状板が、スペーサ６及びスペーサ固定部材７にて高分子素材２を挟み込み、さらに、外縁からクリップ８を取り付けてリング状板及び高分子素材２を挟み込むことにより形成されている。固定部３は、２枚のユニット１０を部分的に接続して固定するため、高分子素材２同士が接合している。
【００４５】
このように構成されたプッシュプル型スピーカ１００は、第１及び第２のユニット１０に対し、それぞれ異なる相の音響信号を重畳した直流バイアス電圧を印加することによって、固定部３及び駆動部４をプッシュプル駆動し、固定部３及び駆動部４を振動させて発音を行う。
【００４６】
〔２段折り返しプッシュプル型スピーカと１段折り返しプッシュプル型スピーカとの間の厚み（奥行き）の比較〕
次に、図２に示した２段折り返しプッシュプル型スピーカ１−１と、図６に示した１段折り返しプッシュプル型スピーカ１００との間の厚みの違いについて説明する。図７（１）は、２段折り返しプッシュプル型スピーカ１−１の側面図を示し、図７（２）は、１段折り返しプッシュプル型スピーカ１００の側面図を示している。スペーサ６及びスペーサ固定部材７は省略してある。
【００４７】
図７（１）に示すように、プッシュプル型スピーカ１−１は、駆動部４−１，４−２及び固定部３−１により１段目の折り返しを形成し、駆動部４−３，４−４及び固定部３−２により２段目の折り返しを形成した２段折り返し構造になっている。一方、図７（２）に示すように、プッシュプル型スピーカ１００は、駆動部４−１，４−２及び固定部３により１段目の折り返しを形成した１段折り返し構造になっている。
【００４８】
ここで、図７（２）のプッシュプル型スピーカ１００と同程度の音圧及び音量を実現するための、図７（１）のプッシュプル型スピーカ１−１を想定する。図７（２）のプッシュプル型スピーカ１００において、厚み（ｈ１）方向に垂直の方向をｙ軸とし、ｙ軸と駆動部４−２との間の角度をθとする（ｙ軸と駆動部４−１との間の角度もθである）。図７（２）のプッシュプル型スピーカ１００と同程度の音圧及び音量を、図７（１）のプッシュプル型スピーカ１−１によって実現するためには、プッシュプル型スピーカ１−１の駆動部４−１〜４−４に掛ける張力を、プッシュプル型スピーカ１００の駆動部４−１，４−２に掛ける張力と同じにする必要がある。つまり、プッシュプル型スピーカ１−１においても、ｙ軸と駆動部４−１〜４−４との間の角度をθとし、さらに、プッシュプル型スピーカ１−１の駆動部４−１〜４−４を、プッシュプル型スピーカ１００の駆動部４−１，４−２と同じ合計面積とする。これは、音圧及び音量が、前記角度θ及び面積により決定されるからである。
【００４９】
そこで、プッシュプル型スピーカ１−１の駆動部４−１〜４−４を、プッシュプル型スピーカ１００の駆動部４−１，４−２と同じ合計面積になるように形成し、プッシュプル型スピーカ１−１のスペーサ６（図示せず）の長さを適切に調整することにより、プッシュプル型スピーカ１００と同様の角度θとし、駆動部４−１〜４−２に対して所定の同じテンションを掛ける。これにより、ｈ１＜ｈ２となり、図７（１）のプッシュプル型スピーカ１−１の方が図７（２）のプッシュプル型スピーカ１００よりも厚み（奥行き）が薄くなる。したがって、２段以上の折り返しプッシュプル型構造とすることにより、図７（２）の１段折り返しプッシュプル型スピーカ１００よりも厚みを低減させて薄型化を実現することが可能となる。折り返し回数を多くするほど、その厚みは薄くなるといえる。
【００５０】
以上のように、本発明の実施形態によるプッシュプル型スピーカ１−１〜１−３によれば、固定部３及び駆動部４が２段以上の複数段の折り返しプッシュプル型構造に形成し、このプッシュプル型構造により、高分子素材２の面方向の伸縮を活用して固定部３及び駆動部４が振動し、発音を行うようにした。これにより、膜厚方向の伸縮よりも面方向の伸縮の方が大きい高分子素材２の特性を効果的に活用することができ、平面形状のままで、効率良く発音を行うことができる。
【００５１】
また、本発明の実施形態によるプッシュプル型スピーカ１−１〜１−３によれば、薄い膜厚の高分子素材２を用いた２枚のユニット１０にて形成し、さらに、固定部３及び駆動部４が２段以上の複数段の折り返しプッシュプル型構造で形成するようにしたから、スピーカ装置としての厚み（奥行き）を薄くすることができ、小型軽量化を実現することができる。
【００５２】
また、図６及び図７（２）に示したプッシュプル型スピーカ１００では、所定の音圧及び音量を実現するために、駆動部４−１，４−２の面積を広くする必要があり、固定部５と固定部３との間の距離（駆動部４−１，４−２の長さ）が長くなってしまう。このため、所定の音圧及び音量を実現するための張力を駆動部４−１，４−２に掛けることが困難になる。これに対し、プッシュプル型スピーカ１−１〜１−３では、プッシュプル型スピーカ１００の駆動部４−１，４−２よりも面積の狭い複数の駆動部４を備えているから、固定部５と固定部３との間の距離（駆動部４の長さ）を短くすることができ、所定の音圧及び音量を実現するための張力を駆動部４に掛けることが可能となる。
【００５３】
また、本発明の実施形態によるプッシュプル型スピーカ１−１〜１−３によれば、折り返し形状を構成する第１の駆動部４と第２の駆動部４との間に固定部３を設けるようにした。この場合、第１の駆動部４と第２の駆動部４との間の距離である固定部３の距離を短くすることにより、折り返し回数を増やすことができる。これにより、プッシュプル型スピーカ１−１〜１−３の厚みを一層薄くすることができる。
【００５４】
したがって、高分子素材２の面方向の伸縮を効果的に発音に活用し、かつ、プッシュプル型構造の厚みを低減させて薄型化を実現することが可能となる。つまり、良好な音響特性を有した小型軽量のスピーカを、薄い厚み（奥行き）で製作することが可能となる。
【００５５】
以上、実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。前記実施形態では、フィルム状の高分子素材２として、厚さ１００μｍのポリウレタンを用いるようにしたが、本発明は、他の高分子素材を用いる場合にも適用がある。また、前記実施形態では、電極２１の材料としてポリエチレンジオキシチオフェンを用いるようにしたが、本発明は、他の柔軟な電極材料を用いる場合にも適用がある。
【００５６】
また、前記実施形態では、ユニット１０の形状（高分子素材２の形状）を円形または長方形とするようにしたが、円形及び長方形以外の形状（例えば多角形）にするようにしてもよい。これにより、実施形態のプッシュプル型スピーカ１−１〜１−３は円形または長方形の形状であり両指向性を有するが、本発明では、その形状に限定されず、自由な形状で構成することができる。したがって、プッシュプル型スピーカ１−１〜１−３を自由な形状で製作することができ、壁、天井等の任意の位置に設置することができる。
【００５７】
また、前記実施形態では、１枚の高分子素材２を用いてユニット１０を形成するようにしたが、１枚の高分子素材２の代わりに、複数枚の高分子素材２を多層化した多層化高分子素材を用いてユニット１０を形成するようにしてもよい。電極２１は、多層化した高分子素材２毎に形成されるから、１枚の高分子素材２を用いた場合と同じ電圧を印加すればよい。これにより、印加電圧を高くすることなく、高分子素材２に掛かる張力に対して耐久力を有することができる。
【００５８】
また、前記実施形態では、図２及び図３に示したプッシュプル型スピーカ１−１，１−２の折り返し回数を２とし、図４に示したプッシュプル型スピーカ１−３の折り返し回数を３としたが、本発明はその回数（段数）に限定されず、２以上の回数であれば適用がある。
【００５９】
また、前記実施形態では、図２、図３及び図４に示したプッシュプル型スピーカ１−１〜１−３において、第１のユニット１０に対し、正相の音響信号を重畳した直流バイアス電圧を印加し、第２のユニット１０に対し、逆相の音響信号を重畳した直流バイアス電圧を印加するようにした。これに対し、例えば、高分子素材２が圧電性の場合には、第１のユニット１０に対し、正相の交流電圧のみを印加し、第２のユニット１０に対し、逆相の交流電圧のみを印加するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１，１００ プッシュプル型スピーカ
２ 高分子素材
３，５，９ 固定部
４ 駆動部
６ スペーサ
７ スペーサ固定部材
８ クリップ
１０ ユニット
２１ 電極
２２ 電源
２３ リード線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間的に離して対向させた弾性を有する２枚のフィルム状高分子素材を備え、前記２枚の高分子素材の両面にそれぞれ電極を形成し、前記第１の高分子素材の電極及び前記第２の高分子素材の電極に対し、逆相関係の音響信号を直流バイアス電圧に重畳して印加することにより、前記２枚の高分子素材が面方向に変形し、プッシュプル動作して発音するスピーカ装置において、
前記２枚の高分子素材を所定位置にそれぞれ固定する第１の固定部と、
前記第１の固定部から前記２枚の高分子素材のそれぞれに所定の張力を掛けた状態で、前記音響信号の印加により前記高分子素材が面方向に変形する駆動部と、
前記第１の高分子素材と前記第２の高分子素材とを一体的に接合した接合部とを備え、
前記接合部の両側に第１及び第２の前記駆動部を設けて、前記第１の固定部を基準にした折り返し部を形成し、前記折り返し部による折り返し回数が複数になるようにしたことを特徴とするスピーカ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のスピーカ装置において、
前記逆相関係の音響信号を直流バイアス電圧に重畳して印加する代わりに、逆相関係の交流電圧の信号を印加することにより変形する高分子素材を利用することを特徴とするスピーカ装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のスピーカ装置において、
当該スピーカ装置の外周側に、前記２枚の高分子素材を接合して固定する第２の固定部を備え、
前記第２の固定部の片側に前記駆動部を設け、前記駆動部の片側に前記第１の固定部を設け、前記第１の固定部を基準にした半折り返し部を形成し、前記折り返し部及び前記半折り返し部による折り返し回数が複数になるようにしたことを特徴とするスピーカ装置。
【請求項１】
空間的に離して対向させた弾性を有する２枚のフィルム状高分子素材を備え、前記２枚の高分子素材の両面にそれぞれ電極を形成し、前記第１の高分子素材の電極及び前記第２の高分子素材の電極に対し、逆相関係の音響信号を直流バイアス電圧に重畳して印加することにより、前記２枚の高分子素材が面方向に変形し、プッシュプル動作して発音するスピーカ装置において、
前記２枚の高分子素材を所定位置にそれぞれ固定する第１の固定部と、
前記第１の固定部から前記２枚の高分子素材のそれぞれに所定の張力を掛けた状態で、前記音響信号の印加により前記高分子素材が面方向に変形する駆動部と、
前記第１の高分子素材と前記第２の高分子素材とを一体的に接合した接合部とを備え、
前記接合部の両側に第１及び第２の前記駆動部を設けて、前記第１の固定部を基準にした折り返し部を形成し、前記折り返し部による折り返し回数が複数になるようにしたことを特徴とするスピーカ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のスピーカ装置において、
前記逆相関係の音響信号を直流バイアス電圧に重畳して印加する代わりに、逆相関係の交流電圧の信号を印加することにより変形する高分子素材を利用することを特徴とするスピーカ装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のスピーカ装置において、
当該スピーカ装置の外周側に、前記２枚の高分子素材を接合して固定する第２の固定部を備え、
前記第２の固定部の片側に前記駆動部を設け、前記駆動部の片側に前記第１の固定部を設け、前記第１の固定部を基準にした半折り返し部を形成し、前記折り返し部及び前記半折り返し部による折り返し回数が複数になるようにしたことを特徴とするスピーカ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−２３４３１７（Ｐ２０１１−２３４３１７Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０５７１７（Ｐ２０１０−１０５７１７）
【出願日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【Ｆターム（参考）】
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