JP2010016603A - 静電型スピーカ - Google Patents

Abstract

【課題】放電が発生しにくく、大きな音圧を得られるようにする。
【解決手段】振動体１０のうちクッション材４０Ｕとクッション材４０Ｌとの間にある部分では、フィルム１１の縁から一定の幅で導電薄膜層１２が形成されていない。フィルム１１の縁部分に導電薄膜層１２が形成されていないと導電薄膜層１２の縁部分は鋭くならないため、導電薄膜層１２の縁部分においては強い電場が発生せず、放電が発生しにくくなる。また、放電が発生しにくくなっているため、高い電圧を電極２０Ｕ，２０Ｌに印加して振動体に作用する静電力を大きくし、これにより振動体の変位量も大きくして大きな音圧を得ることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、静電型スピーカに関する。

静電型スピーカは、間隔を開けて向かい合う２枚の平行平面電極と、この２枚の電極の間に挿入された導電性を有するシート状の振動体とから構成されており、振動体に所定のバイアス電圧を印加しておき、電極に印加する電圧を変化させると、振動体に作用する静電力が変化し、これにより振動体が変位する。この印加電圧を入力される音響信号に応じて変化させれば、それに応じて振動体は変位を繰り返し（すなわち振動し）、音響信号に応じた音響波が振動体から発生する。そして、発生した音響波は、平面電極に空けられた孔を通り抜けて外部へ放射される。

そして、静電型スピーカの中には非特許文献１に開示されているように振動体と電極との間にエステルウールを配置し、振動体に張力を掛けず振動体の縁部分を拘束しない構造の静電型スピーカも考案されている。この構成によれば、振動体に張力を掛けていた場合と比較して振動体に発生するモードが改善されており、また、振動体には張力が掛けられていないため振動体を大きく振動させて大きな音圧を得ることも可能となっている。

岡崎正倫、外４名、「全帯域でピストン振動する振動板を持つコンデンサスピーカとその応用」、日本音響学会２００４年度秋季研究発表会講演論文集、日本音響学会、平成１６年９月、ｐ．５６３−５６４

ところで、静電型スピーカの振動体は、その厚さが数μｍから数十μｍの厚さとなっていて非常に薄く、導電性を有する金属の薄膜層が両面全体に形成されており、その縁部分は鋭くなっていて針電極と同様になっている。このような振動体を非特許文献１に記載されているように縁部分を拘束せず２枚の電極間に配置すると、鋭くなっている縁部分では強い電場が発生し、電極の面同士が対向している部分と比較して放電が起こりやすくなる。
静電型スピーカにおいては、振動体を振動させるために電極に高い電圧をかける必要があるが、このように放電が起こりやすいと電極に高い電圧をかけることが難しくなる。そして、電極に高い電圧を掛けられないと、振動体に作用する静電力が弱くなるため、振動体の変位量も小さくなり大きな音圧を得られなくなる。

本発明は、上述した背景の下になされたものであり、放電が発生しにくく大きな音圧を得られる技術を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために本発明は、導電性を有する第１電極と、導電性を有し前記第１電極に対向して離間配置された第２電極と、絶縁性を有する基材層と、前記基材層の上に設けられた導電性を有する導電層とを備え、前記第１電極と前記第２電極との間において前記第１電極および前記第２電極と離間して配置された振動体と、前記振動体と前記第１電極との間に位置し、絶縁性、弾性および音響透過性を有する第１弾性部材と、前記振動体と前記第２電極との間に位置し、絶縁性、弾性および音響透過性を有する第２弾性部材とを有し、前記振動体のうち前記第１電極と前記第２電極との間で変位可能な部分においては、前記基材層の縁から少なくとも一定の幅で前記導電層が設けられていないことを特徴とする静電型スピーカを提供する。

本発明においては、前記導電層の形状が円形または楕円形の構成としてもよい。
また、本発明においては、前記振動体には張力が掛けられていない構成としてもよい。

本発明によれば、放電が発生しにくく大きな音圧を得ることができる。

［実施形態］
図１は、本発明の一実施形態に係る静電型スピーカ１の外観を模式的に示した図、図２は、静電型スピーカ１の断面および電気的構成を模式的に示した図、図３は、静電型スピーカ１の分解斜視図である。
図に示したように、この静電型スピーカ１は、振動体１０、電極２０Ｕ，２０Ｌ、スペーサ３０Ｕ，３０Ｌ、およびクッション材４０Ｕ，４０Ｌを有している。なお、本実施形態においては、電極２０Ｕ，２０Ｌの構成は同じであり、スペーサ３０Ｕ，３０Ｌの構成は同じであるため、各部材において両者を区別する必要が特に無い場合は「Ｌ」および「Ｕ」の記載を省略する。また、クッション材４０Ｕ，４０Ｌについても両者の構成は同じであるため、両者を区別する必要が特に無い場合は「Ｌ」および「Ｕ」の記載を省略する。
また、図中の各構成要素の寸法は、構成要素の形状を容易に理解できるように実際の寸法とは異ならせてある。また、図中、「○」の中に「・」が記載されたものは図面の裏から表に向かう矢印を意味するものとする。

（静電型スピーカ１の各部の構成）
まず、静電型スピーカ１を構成する各部について説明する。
振動体１０は、例えば、矩形のＰＥＴ（polyethylene terephthalate、ポリエチレンテレフタレート）のフィルム１１の両面に、導電性を有する金属を蒸着あるいは導電性塗料を塗布して導電薄膜層１２を形成したものであり、その厚さは数μｍ〜数十μｍ程度の厚さとなっている。本実施形態においては、振動体１０の四辺のうちの一辺については両面とも縁部分まで導電薄膜層１２が形成されているが、残りの三辺については両面とも縁から一定の幅で導電薄膜層１２が形成されておらず、導電薄膜層１２の面積はフィルム１１の面積より小さくなっている。なお、振動体１０においては、フィルム１１の素材はＰＥＴに限定されるものではなく、ＰＰ（polypropylene、ポリプロピレン）などＰＥＴ以外の合成樹脂であってもよい。また、振動体１０において導電薄膜層１２が設けられていない領域の幅は、図３に示した幅に限定されず任意に設定できる。また、本実施形態では、導電薄膜層１２はフィルム１１の両面に形成されているが、片面にのみ導電薄膜層１２を形成するようにしてもよい。

スペーサ３０は、絶縁体で形成されており、その形状は図３に示したように正方形の枠の形状となっている。
クッション材４０は、綿を熱を加えて圧縮したものであって空気の通過が可能となっており、その形状は矩形となっている。クッション材４０は、弾性を有しており、外部から力を加えられると変形し、外部から加えられた力が取り除かれると元の形状に戻る。
電極２０は、導電性を有する金属を矩形の板状に形成したものである。電極２０においては、音響透過性を確保するために電極２０の表面から裏面に貫通する貫通孔２１が所定間隔で複数設けられている。

なお、本実施形態においては、スペーサ３０のＸ方向およびＹ方向の長さと、電極２０のＸ方向およびＹ方向の長さは同じとなっている。また、スペーサ３０Ｕとスペーサ３０ＬのＺ方向の高さは、いずれも同じとなっている。また、電極２０のＸ方向の長さは振動体１０のＸ方向の長さより長くなっており、振動体１０のＹ方向の長さは、スペーサ３０の内側空間のＹ方向の距離より短くなっている。

（静電型スピーカ１の構造）
次に静電型スピーカ１の構造について説明する。
静電型スピーカ１においては、電極２０Ｌはスペーサ３０Ｌの下面に固着され、電極２０Ｕはスペーサ３０Ｕの上面に固着されている。また、静電型スピーカ１においては、スペーサ３０Ｕとスペーサ３０Ｌは、スペーサ３０Ｕの下面とスペーサ３０Ｌの上面との間に振動体１０の一辺を挟んで互いに固着されている。ここで、振動体１０においてスペーサ３０Ｕとスペーサ３０Ｌとの間に挟まれるのは、縁部分まで導電薄膜層１２が形成されている辺の部分である。そして、静電型スピーカ１においては、枠形のスペーサ３０Ｌの内側にクッション材４０Ｌが配置されており、クッション材４０Ｌが振動体１０と電極２０Ｌとに接触している。また、枠形のスペーサ３０Ｕの内側にクッション材４０Ｕが配置されており、クッション材４０Ｕが振動体１０と電極２０Ｕとに接触している。

本実施形態においては、振動体１０は一辺のみがスペーサ３０Ｕとスペーサ３０Ｌとの間に挟まれ、残りの三辺はスペーサ３０Ｕとスペーサ３０Ｌとの間に挟まれていない状態、即ち、張力を掛けられていない状態で電極２０Ｕと電極２０Ｌの間に位置するが、クッション材４０Ｕとクッション材４０Ｌが振動体１０を挟んで支持しているため、振動体１０が駆動されない状態においては、振動体１０は電極２０Ｕと電極２０Ｌとの間の中間の位置に位置する。

（静電型スピーカ１の電気的構成）
次に、静電型スピーカ１の電気的構成について説明する。図２に示したように、静電型スピーカ１は変圧器５０、外部から音響信号が入力される入力部６０、振動体１０に対して直流バイアスを与えるバイアス電源７０を備えたプッシュプル型の静電型スピーカである。バイアス電源７０は、フィルム１１の両面に形成された導電薄膜層１２と、変圧器５０の出力側の中点と接続されており、電極２０Ｕは変圧器５０の出力側の一端に接続され変圧器５０の出力側のもう一端には電極２０Ｌが接続されている。また、変圧器５０の入力側は入力部６０に接続されている。この構成においては、入力部６０に音響信号が入力されると入力された音響信号に応じた電圧が電極２０に印加される。

（静電型スピーカ１の動作）
次に、静電型スピーカ１の動作について説明する。
入力部６０に音響信号が入力されると、入力された音響信号に応じた電圧が電極２０に印加される。そして、印加された電圧によって電極２０Ｕと電極２０Ｌとの間に電位差が生じると、電極２０Ｕと電極２０Ｌとの間にある振動体１０には、電極２０Ｕと電極２０Ｌのいずれかの側へ引き寄せられるような静電力が働く。

例えば、入力部６０に音響信号が入力され、この音響信号が変圧器５０に供給されて電極２０Ｕにプラスの電圧が印加され、電極２０Ｌにマイナスの電圧が印加されると、振動体１０の導電薄膜層１２にはバイアス電源７０によりプラスの電圧が印加されているため、振動体１０は、プラスの電圧が印加されている電極２０Ｕと反発する一方、マイナスの電圧が印加されている電極２０Ｌに吸引され、電極２０Ｌ側（Ｚ方向と反対方向）へ変位する。

また、入力部６０に音響信号が入力され、この音響信号が変圧器５０に供給されて電極２０Ｕにマイナスの電圧が印加され、電極２０Ｌにプラスの電圧が印加されると、振動体１０はプラスの電圧が印加されている電極２０Ｌと反発する一方、マイナスの電圧が印加されている電極２０Ｕに吸引され、電極２０Ｕ側（Ｚ方向）へ変位する。

このように、振動体１０が音響信号に応じて図のＺ方向とＺ方向の逆方向に変位し(撓み)、その変位方向が逐次変わることによって振動となり、その振動状態（振動数、振幅、位相）に応じた音が振動体１０から発生する。発生した音は、少なくとも電極２０Ｕまたは電極２０Ｌの一方を通り抜けて静電型スピーカ１の外部に放射される。

なお、本実施形態においては、振動体１０のうちクッション材４０Ｕとクッション材４０Ｌとの間にある部分では、フィルム１１の縁から一定の幅で導電薄膜層１２が形成されていない。このようにフィルム１１の縁部分に導電薄膜層１２が形成されていないと導電薄膜層１２の縁部分は鋭くならないため、フィルム１１の縁部分まで導電薄膜層１２が形成されている振動体を使用する場合と比較すると、本実施形態においては導電薄膜層１２の縁部分においては強い電場が発生せず、放電が発生しにくくなっている。そして、放電が発生しにくくなっているため、本実施形態においては高い電圧を電極２０Ｕ，２０Ｌに印加して振動体１０に作用する静電力を大きくし、これにより振動体１０の変位量も大きくして大きな音圧を得ることができる。

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、他の様々な形態で実施可能である。例えば、上述の実施形態を以下のように変形して本発明を実施してもよい。

上述した実施形態においては、導電薄膜層１２の形状は図３に示したように矩形となっているが、導電薄膜層１２の角部分を直角にするのではなく、図４に示したように丸みを付けるようにしてもよい。

本発明に係る静電型スピーカにおいては、クッション材４０は綿に限定されるものではない。力を加えられると変形し、加えられた力が取り除かれると元の形状に戻り、且つ、絶縁性と音響透過性を有しているのであれば他の部材（エステルウールなど）であってもよい。
また、本発明においては、電極２０、スペーサ３０、クッション材４０、および振動体１０の形状は矩形に限定されるものではなく、多角形、円形、楕円形など、他の形状であってもよい。
また、上述した実施形態において振動体１０のみを円形または楕円形とし、振動体１０の円周の一部分をスペーサ３０Ｕとスペーサ３０Ｌとの間に挟み、スペーサ３０Ｕとスペーサ３０Ｌとの間に挟まれた部分以外をクッション材４０Ｕとクッション材４０Ｌとで挟んで支持するようにしてもよい。
また、本発明においては、感電や短絡を防ぐため、音響透過性を有する非導電性の布で静電型スピーカ１の全体を覆ってもよい。

また、上述した実施形態においては、電極２０は導電性を有する金属を板状に形成したものとなっているが、電極２０に替えて導電性を有する導電布を電極として用いてもよい。
導電布を電極として用いる構成では、図５の分解斜視図に示したように、フィルム１１の両面においては、四辺の縁部分から一定の幅で導電薄膜層１２を形成せず、導電薄膜層１２の面積をフィルム１１の面積より小さくする。また、導電布を用いる構成においては、図５に示したように導電布２５Ｕ，２５Ｌと振動体１０の大きさを同じとしつつ、クッション材４０の面積を振動体１０および導電布２５Ｕ，２５Ｌより広くする。そして、静電型スピーカ１を組み立てる際には、導電布２５Ｌ、クッション材４０Ｌ、振動体１０、クッション材４０Ｕ、導電布２５Ｕの順番で各部材を積み重ね、積み重ねられた各部材を図６に示したように非導電性の糸４５で縫い合わせる。
この図５，６に示した導電布２５Ｕ，２５Ｌを用いる態様の電気的構成としては、図７に示したように導電布２５Ｕは、変圧器５０の出力側の一端に接続され、導電布２５Ｌは変圧器５０の出力側のもう一端に接続される。また、バイアス電源７０は振動体１０の導電薄膜層１２に接続される。
このような構成においても、フィルム１１上に形成された導電薄膜層１２の縁部分は鋭くならないため、フィルム１１の縁部分まで導電薄膜層１２が形成されている振動体を使用する場合と比較すると、導電薄膜層１２の縁部分においては強い電場が発生せず、放電が発生しにくくなる。
なお、導電布２５Ｕ，２５Ｌを使用し、スペーサ３０を使用しない構成においても、導電薄膜層１２の形状を楕円形や図８に示したような円形としてもよい。なお、図８に示した構成においても、導電布２５Ｕ，２５Ｌへの給電は図示せぬ変圧器５０と配線により行われ、導電薄膜層１２への給電も図示せぬバイアス電源７０と配線により行われる。

平板と針電極との間の放電限界電圧は、平板と平板との間の放電限界電圧と比較して低くなり、また、電極間の放電限界電圧は、ギャップが狭いと低くなる。このため、静電型スピーカ１を薄型のものとするために振動体１０と電極２０Ｕ，２０Ｌとの間隔を短くし、フィルム１１の縁まで導電薄膜層１２が形成されていてこの縁が平行な電極２０Ｕと電極２０Ｌとの間にあると、振動体１０に張力を掛けた構成であっても導電薄膜層１２の縁の鋭い部分と電極２０との間で放電が発生しやすくなる。
そこで、図１〜図３に示した構成において振動体１０に張力を掛けつつ振動体１０のＸ方向の両端をスペーサ３０Ｕとスペーサ３０Ｌとの間に挟み、振動体１０をスペーサ３０Ｕとスペーサ３０Ｌとに固着させる場合、フィルム１１のＹ方向側の両端から一定の幅で導電薄膜層１２を形成しないようにすればよい。
ここで、振動体１０のＹ方向側の両端ではフィルム１１の縁部分まで導電薄膜層１２が形成されておらず、導電薄膜層１２のＹ方向側両端の縁部分が針電極のようにならないため、電極２０から振動体１０までの距離を短くして静電型スピーカを薄くしても、Ｙ方向側両端の縁部分では放電が発生しにくくなる。

本発明の一実施形態に係る静電型スピーカ１の外観図である。 静電型スピーカ１の断面と電気的構成を模式的に示した図である。 静電型スピーカ１の分解斜視図である。 本発明の変形例に係る静電型スピーカの分解斜視図である。 本発明の変形例に係る静電型スピーカの分解斜視図である。 本発明の変形例に係る静電型スピーカの外観図である。 本発明の変形例に係る静電型スピーカの断面と電気的構成を模式的に示した図である。 本発明の変形例に係る静電型スピーカの分解斜視図である。

符号の説明

１・・・静電型スピーカ、１０・・・振動体、１１・・・フィルム、１２・・・導電薄膜層、２０Ｕ，２０Ｌ・・・電極、２５Ｕ，２５Ｌ・・・導電布、３０Ｕ，３０Ｌ・・・スペーサ、４０Ｕ，４０Ｌ・・・クッション材、４５・・・糸、５０・・・変圧器、６０・・・入力部、７０・・・バイアス電源

Claims (3)

1. 導電性を有する第１電極と、
   導電性を有し前記第１電極に対向して離間配置された第２電極と、
   絶縁性を有する基材層と、前記基材層の上に設けられた導電性を有する導電層とを備え、前記第１電極と前記第２電極との間において前記第１電極および前記第２電極と離間して配置された振動体と、
   前記振動体と前記第１電極との間に位置し、絶縁性、弾性および音響透過性を有する第１弾性部材と、
   前記振動体と前記第２電極との間に位置し、絶縁性、弾性および音響透過性を有する第２弾性部材と
   を有し、
   前記振動体のうち前記第１電極と前記第２電極との間で変位可能な部分においては、前記基材層の縁から少なくとも一定の幅で前記導電層が設けられていないこと
   を特徴とする静電型スピーカ。
2. 前記導電層の形状が円形または楕円形であることを特徴とする請求項１に記載の静電型スピーカ。
3. 前記振動体には張力が掛けられていないことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の静電型スピーカ。

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