フレキシブルスピーカ
【課題】 柔軟なフィルム状の発音体を用いることによって所望の形状に自由に成形可能で、湾曲させても周波数特性に大幅な変化のない安定したフレキシブルスピーカを提供する。
【解決手段】 エラストマーのような高分子素材の弾性フィルムを基層とし、その両面に弾性の導電性高分子素材を塗布して１対の電極層を形成し、端子線を介して両電極層間に直流バイアス電圧を印加し、交流音声信号をこれに重畳させることにより電極層相互間に生じる引力を変化させ、それにより基層に圧縮と伸長を生じさせて音声を発生するフレキシブルスピーカとする。基層と電極層の弾性素材はフレキシブルスピーカ形状の自由度を高め、かつ湾曲による周波数特性変化を最小とする。
【解決手段】 エラストマーのような高分子素材の弾性フィルムを基層とし、その両面に弾性の導電性高分子素材を塗布して１対の電極層を形成し、端子線を介して両電極層間に直流バイアス電圧を印加し、交流音声信号をこれに重畳させることにより電極層相互間に生じる引力を変化させ、それにより基層に圧縮と伸長を生じさせて音声を発生するフレキシブルスピーカとする。基層と電極層の弾性素材はフレキシブルスピーカ形状の自由度を高め、かつ湾曲による周波数特性変化を最小とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はフレキシブルスピーカ、詳しくは、柔軟性を有するフィルム状の電気音響変換器としての発音体からなるフレキシブルスピーカに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のフィルム状スピーカとしては、圧電素子であるＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）を用いた圧電式スピーカがある（例えば特許文献１参照）。その場合、ＰＶＤＦ製のピエゾフィルムは半円筒状ないし略円筒状に湾曲させておき、両面に形成した金属皮膜による電極に電気音声信号を印加してフィルムを湾曲方向に伸縮させ、湾曲方向に直交する軸方向に放射する音響を発生させる。しかし、このピエゾフィルムで一定の音量を発生させるにはフィルムにある程度の硬度を持たせておく必要がある一方、硬度のあるフィルムを湾曲させる事はフィルム本来の周波数特性を顕著に変化させる結果となり、その変化の幅は電気回路等で補償可能な範囲を越えるものであることが知られている。電極として金属皮膜を用いる点もこの問題を助長している。
【０００３】
一方、電極間に直流バイアス電圧を印加した上で交流信号を重畳する静電式スピーカが存在するが（例えば特許文献２および３参照）、固定電極として金属電極が使用されているため、成形可能な形状には一定の制限があり、自由な変形が許されないと言う問題がある。また、電極間には空気しか存在しないため、変形時に極板間隔を安定に保つことが困難である点も、この問題を助長している。
【０００４】
更に、人工筋肉用のエラストマー素材を用いて製作するスピーカも存在するが（例えば非特許文献１および２参照）、エラストマー素材には張力が加えられているため、このスピーカは自由に変形させる事が困難であると言う問題を有する。
【特許文献１】特開平１０−２２４８９３号公報
【特許文献２】特開昭６４−７１４００号公報
【特許文献３】特開平１１−１７８０９８号公報
【非特許文献１】ＡＥＳ第１３回東京部会発表論文“Acoustic Characteristics of Acrylic Elastomer and Its Application to Loudspeakers”by Takehiro Sugimoto et al., 2007 July 19-21
【非特許文献２】J.Acoust.Soc.Am.107(2), February 2000 pp.833-839“Acoustical performance of an electrostrictive polymer film loudspeaker”by Richard Heydt et al.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、電気音響変換器として柔軟性を有する発音体を用いることによって、所望の形状に自由に成形可能であり、湾曲によって周波数特性が大幅に変化することのない、安定した再生特性を示すフレキシブルスピーカの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るフレキシブルスピーカは、請求項１に記載の通り、弾性を有するフィルム状の高分子素材でなる基層と、導電性高分子素材で基層の両面に形成した一対の電極層と、電極層の各々に接続した一対の端子線とを備え、端子線を介して両電極層間に直流バイアス電圧を印加すると共に交流音声信号を重畳させて生じる基層の伸縮により音声を発生することを特徴とする。
請求項２に係る本発明のフレキシブルスピーカは、請求項１において基層をなす高分子素材をエラストマーとすることを特徴とする。
請求項３に係る本発明のフレキシブルスピーカは、請求項１又は２において円筒状に形成され、水平面内でほぼ全指向性の指向特性を可能とすることを特徴とする。
請求項４に係る本発明のフレキシブルスピーカは、請求項１又は２において多面体、円錐体、球体を含む平曲面になるように成形することにより、放射効率の改善を可能としたことを特徴とする。
請求項５に係る本発明のフレキシブルスピーカは、請求項４において平曲面を円錐体に成形されることを特徴とする。
請求項６に係る本発明のフレキシブルスピーカは、請求項４において平曲面を外周縁に環状フレームを備える円板状であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
基層を柔軟な弾性フィルム状高分子素材でなるものとし、その両面の電極層も柔軟な導電性高分子素材でなるものとしたので、本発明によるフィルム状のフレキシブルスピーカは柔軟性に優れ、スピーカとして所望の形状に自由に形成することができ、壁や天井等に貼り付けが可能となるなど、使用の自由度が増し、また、形状に応じて向上された所望の音響放射特性ないし指向特性が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明によるフレキシブルスピーカの基本構成と実施例１及び２を示す図１ないし図７について、発明実施上の最良の形態を説明する。
【０００９】
図１に、本発明の基本構成におけるフレキシブルスピーカ１ａを示す。図において、フィルム状のスピーカの基層１として弾性を有する高分子素材のポリプロピレンによるエラストマーフィルムを用い、その両面に弾性を有する導電性高分子のポリエチレンジオキシチオフェンを塗布して、基層１を介して対向する１対の電極層２及び３を形成し、各電極層に端子線４及び５の各々を接続する。基層１の厚さは概ね１００μｍから数百μｍとし、電極層２および３はそれ以下の厚さで良い。図１は無バイアス時のフレキシブルスピーカ１ａの概略斜視図を示す。
【００１０】
上記構成のフレキシブルスピーカ１ａの電極層２及び３の間に、先ず約１ｋＶの直流バイアス電圧を印加すると、マクスウェル応力によって対向電極層間相互に引力が発生して電極層同士が引き合い、その結果基層１をなすエラストマーが圧縮され、図２において矢印で示すように、基層１の面方向の全方位に伸長する。この伸長状態で、図３に示すように、直流バイアス電圧に交流音声信号を重畳すると、交流の音声信号に応じて電極層間引力が変化してエラストマーが伸縮し、その伸縮運動に応じて音波が発生することとなる。この方式によれば、エラストマーフィルムに顕著な張力を加えなくとも十分な音量の発音が可能である。
【００１１】
また、エラストマーフィルムはゴムのように高い柔軟性を持つので、エラストマーフィルムを基層１とし、同様に柔軟な高分子材を電極層２、３とする本発明のフレキシブルスピーカ１ａは自由に変形して所望の形状とすることが可能であり、湾曲後も素材に対する過大な張力が作用することがないため、使用素材の共振周波数が顕著に変化することもない。
【実施例１】
【００１２】
図４は実施例１における本発明のフレキシブルスピーカ１０を示し、使用する高分子素材の上記柔軟性を利用して全体を湾曲させ、聴者に向けて張り出す形状としてある。基層１１をＡ４サイズで厚さ１５０μｍのポリプロピレンによるエラストマーフィルムとし、上記基本構成と同じ電極層１２、１３を持つ。このフレキシブルスピーカ１０の電極層間に１ｋＶの直流バイアス電圧を印加し、音声信号として正弦波交流電圧を重畳し、音声信号の周波数を変化させて音響を再生させ、これを無響室内で１ｍの距離で周波数特性と指向特性の測定にかけたところ、図５の特性図に見られるように、充分な音量と周波数特性が得られた。なお、図において、０°、９０°、１８０°はそれぞれフレキシブルスピーカ１０の正面、側面、背面から測定した周波数特性である。
【実施例２】
【００１３】
図６は実施例２における本発明のフレキシブルスピーカ２０を示し、実施例１と同じ素材による同じ構成のフィルム状フレキシブルスピーカ２０は円筒形に形成される。同様の条件で測定した周波数特性と指向特性を図７の特性図に示す。図において、０°、９０°、１８０°はそれぞれフレキシブルスピーカ２０の正面、側面、背面から測定した周波数特性である。特に１ｋＨｚにおける指向特性を実施例１の場合と比較すれば明らかなように、水平面内での指向特性が改善され、略全指向性に近い特性が円筒化によって得られることが判る。
【００１４】
なお、本明細書ではエラストマーフィルムの高分子素材としてポリプロピレンを記載したが、他の高分子素材を用いる場合にも本発明が有効であることは言うまでもない。また、電極材料としてポリエチレンジオキシチオフェンの使用を記載したが、他の導電性高分子材料を用いた場合にも本発明は有効であることも言うまでもない。更に、スピーカの形状としても上記の実施例１及び２に示す湾曲形と円筒形以外に、円錐形や球形を含む平曲面、更には外周をフレームで補強した円板形であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のフレキシブルスピーカの基本的構成の概略斜視図であって、無バイアス時の状態を示す。
【図２】本発明のフレキシブルスピーカの基本的構成であって表裏の電極層に直流バイアス電圧を印加し、フレキシブルスピーカが全方位に伸長した状態を示す。
【図３】本発明のフレキシブルスピーカにおいて印加した直流バイアス電圧に、交流音声信号を重畳する状態の説明図を示す。
【図４】実施例１における湾曲形状のフレキシブルスピーカの斜視図。
【図５】実施例１のフレキシブルスピーカの周波数特性図。
【図６】実施例２における円筒形状のフレキシブルスピーカの斜視図。
【図７】実施例２のフレキシブルスピーカの周波数特性図。
【符号の説明】
【００１６】
１ａ フレキシブルスピーカ
１０、２０ フレキシブルスピーカ
１、１１、２１ 基層
２、１２、２２ 電極層
３、１３、２３ 電極層
４、１４、２４ 端子線
５、１５、２５ 端子線
【技術分野】
【０００１】
この発明はフレキシブルスピーカ、詳しくは、柔軟性を有するフィルム状の電気音響変換器としての発音体からなるフレキシブルスピーカに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のフィルム状スピーカとしては、圧電素子であるＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）を用いた圧電式スピーカがある（例えば特許文献１参照）。その場合、ＰＶＤＦ製のピエゾフィルムは半円筒状ないし略円筒状に湾曲させておき、両面に形成した金属皮膜による電極に電気音声信号を印加してフィルムを湾曲方向に伸縮させ、湾曲方向に直交する軸方向に放射する音響を発生させる。しかし、このピエゾフィルムで一定の音量を発生させるにはフィルムにある程度の硬度を持たせておく必要がある一方、硬度のあるフィルムを湾曲させる事はフィルム本来の周波数特性を顕著に変化させる結果となり、その変化の幅は電気回路等で補償可能な範囲を越えるものであることが知られている。電極として金属皮膜を用いる点もこの問題を助長している。
【０００３】
一方、電極間に直流バイアス電圧を印加した上で交流信号を重畳する静電式スピーカが存在するが（例えば特許文献２および３参照）、固定電極として金属電極が使用されているため、成形可能な形状には一定の制限があり、自由な変形が許されないと言う問題がある。また、電極間には空気しか存在しないため、変形時に極板間隔を安定に保つことが困難である点も、この問題を助長している。
【０００４】
更に、人工筋肉用のエラストマー素材を用いて製作するスピーカも存在するが（例えば非特許文献１および２参照）、エラストマー素材には張力が加えられているため、このスピーカは自由に変形させる事が困難であると言う問題を有する。
【特許文献１】特開平１０−２２４８９３号公報
【特許文献２】特開昭６４−７１４００号公報
【特許文献３】特開平１１−１７８０９８号公報
【非特許文献１】ＡＥＳ第１３回東京部会発表論文“Acoustic Characteristics of Acrylic Elastomer and Its Application to Loudspeakers”by Takehiro Sugimoto et al., 2007 July 19-21
【非特許文献２】J.Acoust.Soc.Am.107(2), February 2000 pp.833-839“Acoustical performance of an electrostrictive polymer film loudspeaker”by Richard Heydt et al.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、電気音響変換器として柔軟性を有する発音体を用いることによって、所望の形状に自由に成形可能であり、湾曲によって周波数特性が大幅に変化することのない、安定した再生特性を示すフレキシブルスピーカの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るフレキシブルスピーカは、請求項１に記載の通り、弾性を有するフィルム状の高分子素材でなる基層と、導電性高分子素材で基層の両面に形成した一対の電極層と、電極層の各々に接続した一対の端子線とを備え、端子線を介して両電極層間に直流バイアス電圧を印加すると共に交流音声信号を重畳させて生じる基層の伸縮により音声を発生することを特徴とする。
請求項２に係る本発明のフレキシブルスピーカは、請求項１において基層をなす高分子素材をエラストマーとすることを特徴とする。
請求項３に係る本発明のフレキシブルスピーカは、請求項１又は２において円筒状に形成され、水平面内でほぼ全指向性の指向特性を可能とすることを特徴とする。
請求項４に係る本発明のフレキシブルスピーカは、請求項１又は２において多面体、円錐体、球体を含む平曲面になるように成形することにより、放射効率の改善を可能としたことを特徴とする。
請求項５に係る本発明のフレキシブルスピーカは、請求項４において平曲面を円錐体に成形されることを特徴とする。
請求項６に係る本発明のフレキシブルスピーカは、請求項４において平曲面を外周縁に環状フレームを備える円板状であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
基層を柔軟な弾性フィルム状高分子素材でなるものとし、その両面の電極層も柔軟な導電性高分子素材でなるものとしたので、本発明によるフィルム状のフレキシブルスピーカは柔軟性に優れ、スピーカとして所望の形状に自由に形成することができ、壁や天井等に貼り付けが可能となるなど、使用の自由度が増し、また、形状に応じて向上された所望の音響放射特性ないし指向特性が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明によるフレキシブルスピーカの基本構成と実施例１及び２を示す図１ないし図７について、発明実施上の最良の形態を説明する。
【０００９】
図１に、本発明の基本構成におけるフレキシブルスピーカ１ａを示す。図において、フィルム状のスピーカの基層１として弾性を有する高分子素材のポリプロピレンによるエラストマーフィルムを用い、その両面に弾性を有する導電性高分子のポリエチレンジオキシチオフェンを塗布して、基層１を介して対向する１対の電極層２及び３を形成し、各電極層に端子線４及び５の各々を接続する。基層１の厚さは概ね１００μｍから数百μｍとし、電極層２および３はそれ以下の厚さで良い。図１は無バイアス時のフレキシブルスピーカ１ａの概略斜視図を示す。
【００１０】
上記構成のフレキシブルスピーカ１ａの電極層２及び３の間に、先ず約１ｋＶの直流バイアス電圧を印加すると、マクスウェル応力によって対向電極層間相互に引力が発生して電極層同士が引き合い、その結果基層１をなすエラストマーが圧縮され、図２において矢印で示すように、基層１の面方向の全方位に伸長する。この伸長状態で、図３に示すように、直流バイアス電圧に交流音声信号を重畳すると、交流の音声信号に応じて電極層間引力が変化してエラストマーが伸縮し、その伸縮運動に応じて音波が発生することとなる。この方式によれば、エラストマーフィルムに顕著な張力を加えなくとも十分な音量の発音が可能である。
【００１１】
また、エラストマーフィルムはゴムのように高い柔軟性を持つので、エラストマーフィルムを基層１とし、同様に柔軟な高分子材を電極層２、３とする本発明のフレキシブルスピーカ１ａは自由に変形して所望の形状とすることが可能であり、湾曲後も素材に対する過大な張力が作用することがないため、使用素材の共振周波数が顕著に変化することもない。
【実施例１】
【００１２】
図４は実施例１における本発明のフレキシブルスピーカ１０を示し、使用する高分子素材の上記柔軟性を利用して全体を湾曲させ、聴者に向けて張り出す形状としてある。基層１１をＡ４サイズで厚さ１５０μｍのポリプロピレンによるエラストマーフィルムとし、上記基本構成と同じ電極層１２、１３を持つ。このフレキシブルスピーカ１０の電極層間に１ｋＶの直流バイアス電圧を印加し、音声信号として正弦波交流電圧を重畳し、音声信号の周波数を変化させて音響を再生させ、これを無響室内で１ｍの距離で周波数特性と指向特性の測定にかけたところ、図５の特性図に見られるように、充分な音量と周波数特性が得られた。なお、図において、０°、９０°、１８０°はそれぞれフレキシブルスピーカ１０の正面、側面、背面から測定した周波数特性である。
【実施例２】
【００１３】
図６は実施例２における本発明のフレキシブルスピーカ２０を示し、実施例１と同じ素材による同じ構成のフィルム状フレキシブルスピーカ２０は円筒形に形成される。同様の条件で測定した周波数特性と指向特性を図７の特性図に示す。図において、０°、９０°、１８０°はそれぞれフレキシブルスピーカ２０の正面、側面、背面から測定した周波数特性である。特に１ｋＨｚにおける指向特性を実施例１の場合と比較すれば明らかなように、水平面内での指向特性が改善され、略全指向性に近い特性が円筒化によって得られることが判る。
【００１４】
なお、本明細書ではエラストマーフィルムの高分子素材としてポリプロピレンを記載したが、他の高分子素材を用いる場合にも本発明が有効であることは言うまでもない。また、電極材料としてポリエチレンジオキシチオフェンの使用を記載したが、他の導電性高分子材料を用いた場合にも本発明は有効であることも言うまでもない。更に、スピーカの形状としても上記の実施例１及び２に示す湾曲形と円筒形以外に、円錐形や球形を含む平曲面、更には外周をフレームで補強した円板形であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のフレキシブルスピーカの基本的構成の概略斜視図であって、無バイアス時の状態を示す。
【図２】本発明のフレキシブルスピーカの基本的構成であって表裏の電極層に直流バイアス電圧を印加し、フレキシブルスピーカが全方位に伸長した状態を示す。
【図３】本発明のフレキシブルスピーカにおいて印加した直流バイアス電圧に、交流音声信号を重畳する状態の説明図を示す。
【図４】実施例１における湾曲形状のフレキシブルスピーカの斜視図。
【図５】実施例１のフレキシブルスピーカの周波数特性図。
【図６】実施例２における円筒形状のフレキシブルスピーカの斜視図。
【図７】実施例２のフレキシブルスピーカの周波数特性図。
【符号の説明】
【００１６】
１ａ フレキシブルスピーカ
１０、２０ フレキシブルスピーカ
１、１１、２１ 基層
２、１２、２２ 電極層
３、１３、２３ 電極層
４、１４、２４ 端子線
５、１５、２５ 端子線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性を有するフィルム状の高分子素材でなる基層と、導電性高分子素材で基層の両面に形成した一対の電極層と、電極層の各々に接続した一対の端子線とを備え、端子線を介して両電極層間に直流バイアス電圧を印加すると共に交流音声信号を重畳させて生じる基層の伸縮により音声を発生することを特徴とするフレキシブルスピーカ。
【請求項２】
基層をなす高分子素材をエラストマーとすることを特徴とする請求項１記載のフレキシブルスピーカ。
【請求項３】
円筒状に形成され、水平面内でほぼ全指向性の指向特性を可能とすることを特徴とする請求項１又は２記載のフレキシブルスピーカ。
【請求項４】
多面体、円錐体、球体を含む平曲面になるように成形することにより、放射効率の改善を可能としたことを特徴とする請求項１又は２記載のフレキシブルスピーカ。
【請求項５】
平曲面は円錐体に成形されることを特徴とする請求項４記載のフレキシブルスピーカ。
【請求項６】
平曲面は外周縁に環状フレームを備える円板状であることを特徴とする請求項４記載のフレキシブルスピーカ。
【請求項１】
弾性を有するフィルム状の高分子素材でなる基層と、導電性高分子素材で基層の両面に形成した一対の電極層と、電極層の各々に接続した一対の端子線とを備え、端子線を介して両電極層間に直流バイアス電圧を印加すると共に交流音声信号を重畳させて生じる基層の伸縮により音声を発生することを特徴とするフレキシブルスピーカ。
【請求項２】
基層をなす高分子素材をエラストマーとすることを特徴とする請求項１記載のフレキシブルスピーカ。
【請求項３】
円筒状に形成され、水平面内でほぼ全指向性の指向特性を可能とすることを特徴とする請求項１又は２記載のフレキシブルスピーカ。
【請求項４】
多面体、円錐体、球体を含む平曲面になるように成形することにより、放射効率の改善を可能としたことを特徴とする請求項１又は２記載のフレキシブルスピーカ。
【請求項５】
平曲面は円錐体に成形されることを特徴とする請求項４記載のフレキシブルスピーカ。
【請求項６】
平曲面は外周縁に環状フレームを備える円板状であることを特徴とする請求項４記載のフレキシブルスピーカ。
【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２００９−２７２９７８（Ｐ２００９−２７２９７８Ａ）
【公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１２２９８９（Ｐ２００８−１２２９８９）
【出願日】平成２０年５月９日（２００８．５．９）
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【出願人】（０００１１２５６５）フォスター電機株式会社 (113)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月９日（２００８．５．９）
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【出願人】（０００１１２５６５）フォスター電機株式会社 (113)
【Ｆターム（参考）】
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