圧電型スピーカー
【課題】従来の高分子圧電フィルムを使用したスピーカーの欠点である特定の固有共振振動周波数の強調を抑制し、再生音の癖の問題を解消することにある。
【解決手段】高分子圧電フィルムを使用したスピーカーの振動板面内にフィルム長の異なる両端支持梁を複数形成し、重複する共振周波数を回避し、従来のスピーカーの欠点であった特定の固有共振振動周波数の強調の抑制を図り、スピーカー再生音の癖の解消を目的とする。
【解決手段】高分子圧電フィルムを使用したスピーカーの振動板面内にフィルム長の異なる両端支持梁を複数形成し、重複する共振周波数を回避し、従来のスピーカーの欠点であった特定の固有共振振動周波数の強調の抑制を図り、スピーカー再生音の癖の解消を目的とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高分子圧電フィルムを電気−音響変換素子として用いる音響スピーカーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高分子圧電材料であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ以下と表記）フィルムを用いた音響スピーカーはこれまで数多く提案されて来ている。例えばＰＶＤＦフィルムをアコーディオン形状に加工したスピーカー（特許文献１）あるいはＰＶＤＦフィルムを２枚張り合わせたバイモルフ構造のスピーカー（特許文献２）、またはＰＶＤＦフィルムを円筒形状にしたスピーカー（特許文献３）がある。
【０００３】
提案されているスピーカーは、振動板一枚から構成されており、その再生周波数はフィルムの面積、厚さおよびヤング率で決まる固有共振振動周波数のみが強調された特性になり、俗に言われる再生音の癖が発現する問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】 特開２００１−３０９４９２
【０００５】
【特許文献２】 特開昭５０−１４６３２５
【０００６】
【特許文献２】 特開昭５１−１１４１１９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の高分子圧電フィルムを使用したスピーカーの欠点である特定の固有共振振動周波数の強調を抑制し、再生音の癖の問題を解消することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、請求項２で示した式から明らかなようにフィルム長（ｌ）を変えた両端支持梁を形成することで周波数が異なる固有共振振動が得られる。これを応用し、同一振動板面内にフィルム長の異なる両端支持梁を複数形成することで異なる周波数の固有共振振動を発現させ、従来のスピーカーの欠点であった特定の固有共振振動周波数の強調を抑制し、スピーカー再生音の癖を解消することを目的とする。
【０００９】
具体的には、図１に示したように高分子圧電フィルムを、複数個の幅（ｗ）、全長（Ｌ）のスリット入れた平面状振動板を作成し、請求項２で示した式を用い、必要とする固有共振振動周波数ｆｎのフィルム長（ｌ）を求め、全長（Ｌ）を求めたフィルム長（ｌ）に分割、固定するためにフィルム長（ｌ）を有する格子状シートを作成する。
図１のスリットを施した高分子圧電フィルムと図２の格子状シートを積層し、図３に示したフィルム長（ｌ）になる部分を接着し、同一振動板面に梁長が異なる両端支持梁を形成する。（図３）
【００１０】
また、請求項２の式から明らかなようにヤング率Ｅを変化させることで固有振動周波数ｆｎを変えることが可能であることから、高分子圧電フィルムの片面あるいは両面にフィルム状材料をラミネートし、ヤング率Ｅを変化させ固有振動周波数ｆｎの分散を図り、特定周波数の強調を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は以上説明したように同一振動板面内に梁長、すなわち請求項２のフィルム長の異なる両端支持梁を複数個形成することで固有共振振動周波数が分散され、従来の高分子圧電フィルムスピーカーの欠点であった特定の固有共振振動周波数の再生音、俗に言われる再生音の癖が解消される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】スリットを施した高分子圧電フィルム
【図２】両端支持梁を形成する格子状シート
【図３】図１と図２を積層した同一面に梁長が異なる両端支持梁を複数個有する振動板
【図４】図３を円筒形状にした振動板
【図５】短形状高分子圧電フィルムから作成した振動板
【図６】本発明スピーカー
【図７】スピーカー特性図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の効果を実証するために以下の高分子圧電フィルムと格子状シート用フィルムを用い、実施例１〜３を行った。
高分子圧電フィルム：ＫＦピエゾフィルム ４０μｍ （株）クレハ
格子状シート用フィルム：ルミラー ２５０μｍ 東レ（株）
【００１４】
なお、本発明は上記フィルム、以下の実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００１５】
厚さ４０μｍの高分子圧電フィルムの両面にアルミニウムを３〜５μｍ程度の蒸着を施し、電極を形成した。このフィルムを幅５ｍｍ、全長（Ｌ）１００ｍｍの短冊形状振動板を仮定し、フィルム全長（Ｌ）を分割する格子間距離５ｍｍ、７ｍｍおよび１０ｍｍにおける固有共振振動周波数を請求項２で示した式で求めた。
【００１６】
その結果を表１に示す。
【表１】
【００１７】
結果から明らかなように、格子距離５ｍｍと１０ｍｍを選択した振動板は５ｍｍと１０ｍｍが倍数の関係にあることから共振次数ｎの倍数において、共振周波数が重複しその周波数が強調され、従来のスピーカーと同様に癖のある再生音となることが推測される。
【００１８】
しかし、格子距離、５ｍｍと７ｍｍを選択した振動板には倍数関係にないことから重複する共振周波数がなく共振周波数が分散されるため、特定の共振周波数が強調されることなく、癖のない再生音がスピーカーから発生され良好な音質となると推測される。
【００１９】
ここでは高分子圧電フィルムの幅を５ｍｍとしたが、この幅に固定されるものではなく、求める設計共振周波数によって任意決定することが出来る。
【実施例２】
【００２０】
実施例１で求められた格子距離をもとに、格子距離５ｍｍと７ｍｍを有する図２に示したシートに図１で示した形状のＰＶＤＦフィルム振動板を積層し、図３に示した円筒形状振動板を作成した。尚、格子との接点部分とフィルムをエポキシ系接着剤で接着固定をした。接着固定された部分間がフィルム全長（Ｌ）を５ｍｍと７ｍｍに分割されたフィルム長（ｌ）になり、同一振動板内にフィルム長の異なった両端支持梁を有する振動板が形成される。（図４）
【００２１】
なお、ここでは図１に示したように、一枚の高分子圧電フィルムにスリットを施し振動板を作成したが、スリット形状に合わせた個々の短形状フィルムを作成し、両側に設けられる電極に接着し、図１と同形状としても良い。（図５）
【００２２】
円筒内に発生する再生音が円筒表面に回り込み、表面側の音を消音しないように、吸音材として、アコウスティセル（日本板硝子環境アメニティ（株））を挿入し、本発明スピーカーを作成した。（図６）
【００２３】
本発明スピーカーと本発明スピーカーと同一振動板面積を有する振動板を高分子圧電フィルム一枚で作成した従来例スピーカーを作成し、比較測定した結果を図７に示す。
【００２４】
図７から明らかなように、従来例スピーカーは１０ＫＨｚ付近が強調された特性であり、これに対して本発明スピーカーは実施例１で推測されたように、共振周波数が分散された効果により再生周波数特性が平坦化され、再生音の癖が解消され良好な音質が得られた。
【実施例３】
【００２５】
ヤング率Ｅを調整するために、厚さ４０μｍのＰＶＤＦフィルムの片面に、アルミニウム３０μｍ箔を強化材としてラミネートした。
この複合体のヤング率Ｅを振動リード法で測定した結果２８．５ＧＰａ、密度は２．１７（ｇ／ｃｍ３）であった。
【００２６】
請求項２の式を用い、格子間距離７ｍｍにおける共振周波数を求め、ヤング率Ｅの変化による共振周波数変化を調べた。
【００２７】
その結果を表２に示す。
【表２】
【００２８】
結果から明らかなように、フィルムのヤング率Ｅをラミネートする手法で変化させることで任意の共振周波数を得ることが出来、スピーカー設計の自由度が向上することを確認した。
【００２９】
ここでは３０μｍのアルミニウム箔を使用した例を述べたが、この材料に限定するものではなく、求める特性によって別材料を使用しても良い。また、ここでは片面にラミネートを施した例を示したが両面へのラミネートでも良い。
【符号の説明】
【００３０】
１ 高分子圧電フィルム
２ スリット
３ スリット全長（フィルム全長Ｌ）
４ スリット幅（フィルム幅ｗ）
５ 電極
６ 電極
７ 格子状シート
８ 短いスリット長格子（フィルム長ｌ）
９ 長いスリット長格子（フィルム長ｌ）
１０ スリット長接着部
１１ 円筒形にするための接着部
１２ 吸音材
１３ 入力端子
１４ スピーカー台
１５ 本発明スピーカーの再生周波数特性
１６ 従来例スピーカーの再生周波数特性
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高分子圧電フィルムを電気−音響変換素子として用いる音響スピーカーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高分子圧電材料であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ以下と表記）フィルムを用いた音響スピーカーはこれまで数多く提案されて来ている。例えばＰＶＤＦフィルムをアコーディオン形状に加工したスピーカー（特許文献１）あるいはＰＶＤＦフィルムを２枚張り合わせたバイモルフ構造のスピーカー（特許文献２）、またはＰＶＤＦフィルムを円筒形状にしたスピーカー（特許文献３）がある。
【０００３】
提案されているスピーカーは、振動板一枚から構成されており、その再生周波数はフィルムの面積、厚さおよびヤング率で決まる固有共振振動周波数のみが強調された特性になり、俗に言われる再生音の癖が発現する問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】 特開２００１−３０９４９２
【０００５】
【特許文献２】 特開昭５０−１４６３２５
【０００６】
【特許文献２】 特開昭５１−１１４１１９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の高分子圧電フィルムを使用したスピーカーの欠点である特定の固有共振振動周波数の強調を抑制し、再生音の癖の問題を解消することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、請求項２で示した式から明らかなようにフィルム長（ｌ）を変えた両端支持梁を形成することで周波数が異なる固有共振振動が得られる。これを応用し、同一振動板面内にフィルム長の異なる両端支持梁を複数形成することで異なる周波数の固有共振振動を発現させ、従来のスピーカーの欠点であった特定の固有共振振動周波数の強調を抑制し、スピーカー再生音の癖を解消することを目的とする。
【０００９】
具体的には、図１に示したように高分子圧電フィルムを、複数個の幅（ｗ）、全長（Ｌ）のスリット入れた平面状振動板を作成し、請求項２で示した式を用い、必要とする固有共振振動周波数ｆｎのフィルム長（ｌ）を求め、全長（Ｌ）を求めたフィルム長（ｌ）に分割、固定するためにフィルム長（ｌ）を有する格子状シートを作成する。
図１のスリットを施した高分子圧電フィルムと図２の格子状シートを積層し、図３に示したフィルム長（ｌ）になる部分を接着し、同一振動板面に梁長が異なる両端支持梁を形成する。（図３）
【００１０】
また、請求項２の式から明らかなようにヤング率Ｅを変化させることで固有振動周波数ｆｎを変えることが可能であることから、高分子圧電フィルムの片面あるいは両面にフィルム状材料をラミネートし、ヤング率Ｅを変化させ固有振動周波数ｆｎの分散を図り、特定周波数の強調を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は以上説明したように同一振動板面内に梁長、すなわち請求項２のフィルム長の異なる両端支持梁を複数個形成することで固有共振振動周波数が分散され、従来の高分子圧電フィルムスピーカーの欠点であった特定の固有共振振動周波数の再生音、俗に言われる再生音の癖が解消される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】スリットを施した高分子圧電フィルム
【図２】両端支持梁を形成する格子状シート
【図３】図１と図２を積層した同一面に梁長が異なる両端支持梁を複数個有する振動板
【図４】図３を円筒形状にした振動板
【図５】短形状高分子圧電フィルムから作成した振動板
【図６】本発明スピーカー
【図７】スピーカー特性図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の効果を実証するために以下の高分子圧電フィルムと格子状シート用フィルムを用い、実施例１〜３を行った。
高分子圧電フィルム：ＫＦピエゾフィルム ４０μｍ （株）クレハ
格子状シート用フィルム：ルミラー ２５０μｍ 東レ（株）
【００１４】
なお、本発明は上記フィルム、以下の実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００１５】
厚さ４０μｍの高分子圧電フィルムの両面にアルミニウムを３〜５μｍ程度の蒸着を施し、電極を形成した。このフィルムを幅５ｍｍ、全長（Ｌ）１００ｍｍの短冊形状振動板を仮定し、フィルム全長（Ｌ）を分割する格子間距離５ｍｍ、７ｍｍおよび１０ｍｍにおける固有共振振動周波数を請求項２で示した式で求めた。
【００１６】
その結果を表１に示す。
【表１】
【００１７】
結果から明らかなように、格子距離５ｍｍと１０ｍｍを選択した振動板は５ｍｍと１０ｍｍが倍数の関係にあることから共振次数ｎの倍数において、共振周波数が重複しその周波数が強調され、従来のスピーカーと同様に癖のある再生音となることが推測される。
【００１８】
しかし、格子距離、５ｍｍと７ｍｍを選択した振動板には倍数関係にないことから重複する共振周波数がなく共振周波数が分散されるため、特定の共振周波数が強調されることなく、癖のない再生音がスピーカーから発生され良好な音質となると推測される。
【００１９】
ここでは高分子圧電フィルムの幅を５ｍｍとしたが、この幅に固定されるものではなく、求める設計共振周波数によって任意決定することが出来る。
【実施例２】
【００２０】
実施例１で求められた格子距離をもとに、格子距離５ｍｍと７ｍｍを有する図２に示したシートに図１で示した形状のＰＶＤＦフィルム振動板を積層し、図３に示した円筒形状振動板を作成した。尚、格子との接点部分とフィルムをエポキシ系接着剤で接着固定をした。接着固定された部分間がフィルム全長（Ｌ）を５ｍｍと７ｍｍに分割されたフィルム長（ｌ）になり、同一振動板内にフィルム長の異なった両端支持梁を有する振動板が形成される。（図４）
【００２１】
なお、ここでは図１に示したように、一枚の高分子圧電フィルムにスリットを施し振動板を作成したが、スリット形状に合わせた個々の短形状フィルムを作成し、両側に設けられる電極に接着し、図１と同形状としても良い。（図５）
【００２２】
円筒内に発生する再生音が円筒表面に回り込み、表面側の音を消音しないように、吸音材として、アコウスティセル（日本板硝子環境アメニティ（株））を挿入し、本発明スピーカーを作成した。（図６）
【００２３】
本発明スピーカーと本発明スピーカーと同一振動板面積を有する振動板を高分子圧電フィルム一枚で作成した従来例スピーカーを作成し、比較測定した結果を図７に示す。
【００２４】
図７から明らかなように、従来例スピーカーは１０ＫＨｚ付近が強調された特性であり、これに対して本発明スピーカーは実施例１で推測されたように、共振周波数が分散された効果により再生周波数特性が平坦化され、再生音の癖が解消され良好な音質が得られた。
【実施例３】
【００２５】
ヤング率Ｅを調整するために、厚さ４０μｍのＰＶＤＦフィルムの片面に、アルミニウム３０μｍ箔を強化材としてラミネートした。
この複合体のヤング率Ｅを振動リード法で測定した結果２８．５ＧＰａ、密度は２．１７（ｇ／ｃｍ３）であった。
【００２６】
請求項２の式を用い、格子間距離７ｍｍにおける共振周波数を求め、ヤング率Ｅの変化による共振周波数変化を調べた。
【００２７】
その結果を表２に示す。
【表２】
【００２８】
結果から明らかなように、フィルムのヤング率Ｅをラミネートする手法で変化させることで任意の共振周波数を得ることが出来、スピーカー設計の自由度が向上することを確認した。
【００２９】
ここでは３０μｍのアルミニウム箔を使用した例を述べたが、この材料に限定するものではなく、求める特性によって別材料を使用しても良い。また、ここでは片面にラミネートを施した例を示したが両面へのラミネートでも良い。
【符号の説明】
【００３０】
１ 高分子圧電フィルム
２ スリット
３ スリット全長（フィルム全長Ｌ）
４ スリット幅（フィルム幅ｗ）
５ 電極
６ 電極
７ 格子状シート
８ 短いスリット長格子（フィルム長ｌ）
９ 長いスリット長格子（フィルム長ｌ）
１０ スリット長接着部
１１ 円筒形にするための接着部
１２ 吸音材
１３ 入力端子
１４ スピーカー台
１５ 本発明スピーカーの再生周波数特性
１６ 従来例スピーカーの再生周波数特性
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子圧電フィルムを円筒形に巻いた音響振動板に円周方向に複数のスリットを施し、そのスリット長を目的とする再生周波数に合わせ分割固定することを特徴とした音響スピーカー。
【請求項２】
前記音響振動板のスリット長、スリット幅、フィルム厚さの形状は目的とした固有振動周波数ｆｎから次式で得られる値に設定したことを特徴とする請求項１に記載の音響スピーカー。
ｆｎ＝１／２π（ｎπ／ｌ）２√ＥＩ／ρＡ
Ｉ＝ｗｔ３／１２
ｆｎ：目的とする固有振動周波数 ｌ：フィルム長 Ｅ：振動板のヤング率
Ｉ：断面二次モーメント Ａ：スリットの断面積 ｗ：スリット幅
ｔ：フィルム厚さ ｎ：固有振動共振周波数次数 ｎ＝１〜∞
【請求項３】
高分子圧電フィルムの片面あるいは両面にヤング率Ｅを変化させるために高分子フィルム、金属箔、フィルム状複合材料をラミネートしたことを特徴とした請求項１の音響スピーカー。
【請求項１】
高分子圧電フィルムを円筒形に巻いた音響振動板に円周方向に複数のスリットを施し、そのスリット長を目的とする再生周波数に合わせ分割固定することを特徴とした音響スピーカー。
【請求項２】
前記音響振動板のスリット長、スリット幅、フィルム厚さの形状は目的とした固有振動周波数ｆｎから次式で得られる値に設定したことを特徴とする請求項１に記載の音響スピーカー。
ｆｎ＝１／２π（ｎπ／ｌ）２√ＥＩ／ρＡ
Ｉ＝ｗｔ３／１２
ｆｎ：目的とする固有振動周波数 ｌ：フィルム長 Ｅ：振動板のヤング率
Ｉ：断面二次モーメント Ａ：スリットの断面積 ｗ：スリット幅
ｔ：フィルム厚さ ｎ：固有振動共振周波数次数 ｎ＝１〜∞
【請求項３】
高分子圧電フィルムの片面あるいは両面にヤング率Ｅを変化させるために高分子フィルム、金属箔、フィルム状複合材料をラミネートしたことを特徴とした請求項１の音響スピーカー。
【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２０１１−１５１７６０（Ｐ２０１１−１５１７６０Ａ）
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４７３１（Ｐ２０１０−２４７３１）
【出願日】平成２２年１月２０日（２０１０．１．２０）
【出願人】（５０６１５０１４６）ビフレステック株式会社 (16)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２０日（２０１０．１．２０）
【出願人】（５０６１５０１４６）ビフレステック株式会社 (16)
【Ｆターム（参考）】
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