JP2003244791A

JP2003244791A - 圧電フィルムスピーカ

Info

Publication number: JP2003244791A
Application number: JP2002036235A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Watanabe; 茂渡辺
Original assignee: Tohoku Pioneer Corp; Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Tohoku Pioneer Corp; Pioneer Corp
Priority date: 2002-02-14
Filing date: 2002-02-14
Publication date: 2003-08-29

Abstract

(57)【要約】【課題】所望の面積を有する圧電フィルムスピーカに
対して広帯域化を図る。【解決手段】可撓性圧電フィルムの両面に電極２０を
形成してなる振動板２と、この振動板２の側部を支持す
るフレーム３から成る圧電フィルムスピーカにおいて、
振動板２を領域２ａ，２ｂ，２ｃに区画し、それぞれの
面積を互いに異なる大きさにすると共に、各領域におけ
る曲率Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３をそれぞれ異なるように形成し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、両面に電極が形成
された可撓性圧電フィルムを振動板とする圧電フィルム
スピーカに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ステレオ装置或いはテレビジョン
装置等の小型・薄型化に応じて、これらの音声出力機器
となるスピーカ装置に対して、小型・軽量化及び薄型化
の要請が高まっている。特に、車載用のスピーカにおい
ては、コンパクト化された車体に対して充分な車内の居
住性を確保する必要があり、また、シートに座った搭乗
者全員が均一な強度の音を聴取できることの要求がある
ことから、これらの要求に応えるために、薄型・軽量の
圧電フィルムスピーカを天井等の広い平面を利用して車
内に設置することが提案されている。

【０００３】この圧電フィルムスピーカは、従来、図６
に示すような形態を有している（同図（ａ）が側面図、
同図（ｂ）が平面図を示している。）。図６に示される
圧電フィルムスピーカ６０は、両面に電極が形成された
高分子圧電フィルム６２を振動板とするものであって、
金属又はプラスチック製のフレーム６１に高分子圧電フ
ィルム６２を湾曲させた状態で支持し、この高分子圧電
フィルム６２の表面に形成された電極に、端子６３から
信号を印加することで、高分子圧電フィルム６２の表面
から音を発生させるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来の圧電フ
ィルムスピーカは、単一の高分子圧電フィルム６２の表
面（表裏両面）に、全面に亘って電極が形成されてお
り、一箇所の端子からの信号で高分子圧電フィルム６２
の全面が振動する振動板を形成している。したがって、
その圧電フィルムスピーカに対する等価回路は図７に示
される構成を成している。単一の高分子圧電フィルム６
２より形成される容量Ｃ_１に対して信号源Ｓから直接ま
たはトランスＴを介して信号が供給され、高分子圧電フ
ィルム６２の機械的な振動系（力係数Ａ、スティフネス
（かたさ）Ｃ、重量Ｌ、機械抵抗Ｒ）に応じた音が出力
される。

【０００５】このような従来の圧電フィルムスピーカに
よると、単一面の振動板を用いているので、単一位相の
平面波を所望の広さに渡って発生させることができ、所
望の範囲に渡って均一な音圧レベルを得ることができ
る。しかしながら、単一面の高分子圧電フィルムによる
振動板では、ダイナミックスピーカのように全帯域（２
０〜２００００Ｈｚ）を出力することが困難となる。特
に、従来の圧電フィルムスピーカは、構造上、周辺をフ
レームで支持して平面振動させるものであるから、ある
程度大面積のものでは再生周波数を高くすると分割振動
を生じやすく、周波数特性に歪みが発生する等の問題が
生じる。また、単一面に対して一元的に信号を供給する
振動板では、各種特性を設計するための自由度が得られ
ないという問題もある。

【０００６】本発明は、このような問題に対処するため
に提案されたものであって、所望の面積を有する圧電フ
ィルムスピーカに対して、広帯域化が可能であると共
に、コストアップを招くことが無く、しかも各種特性の
設計自由度を向上させることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明による圧電フィルムスピーカは、以下
の特徴を有するものである。

【０００８】請求項１に係る発明は、単一の可撓性圧電
フィルムとその両面に形成された一対の電極とからなる
振動板を備えた圧電フィルムスピーカにおいて、前記電
極が形成された可撓性圧電フィルムを複数の領域に区画
し、各領域が互いに曲率の異なる湾曲部を形成すること
を特徴とする。

【０００９】請求項２に係る発明は、単一の可撓性圧電
フィルムとその両面に形成された一対の電極とからなる
振動板を備えた圧電フィルムスピーカにおいて、前記電
極が形成された可撓性圧電フィルムを複数の領域に区画
し、前記各領域に湾曲部を形成すると共に、該各領域の
重量を互いに異ならせることを特徴とする。

【００１０】請求項３に係る発明は、請求項２の圧電フ
ィルムスピーカを前提として、前記各領域の重量を面積
の違いによって互いに異ならせることを特徴とする。

【００１１】このような各請求項に係る発明によると、
両面に電極が形成された可撓性圧電フィルムを複数の領
域に区画して、各領域の機械的な振動系のパラメータを
変えることによって、単一の信号源による圧電フィルム
の振動であるにも拘わらずそれぞれの領域が異なる振動
特性を示すようにするものである。

【００１２】そして、請求項１の圧電フィルムスピーカ
では、区画した各領域における湾曲部の曲率をそれぞれ
異ならせることによって各領域の振動特性が異なるよう
に設定し、これによって各領域の共振周波数をそれぞれ
異ならせるものである。

【００１３】請求項２の圧電フィルムスピーカでは、区
画した各領域における湾曲部の重量をそれぞれの領域で
異ならせることによって各領域の振動特性が異なるよう
に設定したものである。

【００１４】請求項３の圧電フィルムスピーカでは、区
画した各領域における湾曲部の面積をそれぞれの領域で
異ならせることによって、実質的に各領域の重量を異な
らせ、各領域の振動特性が異なるように設定したもので
ある。

【００１５】このような各請求項の圧電フィルムスピー
カによると、複数の区画された領域が周波数帯域の異な
る振動をすることになるので、スピーカ出力の広帯域化
が可能になる。また、各領域の曲率，面積或いは重量を
自由に設定することで、スピーカにおける各種特性の設
計自由度を向上させることができる。更には、電極の形
成は単一の可撓性圧電フィルムの表裏両面に一様に形成
すればよいので、安価に製造することが可能になる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に係る圧
電フィルムスピーカを示す説明図である（同図（ａ）が
平面図、同図（ｂ）が側面図を示している。）。また、
図２は図１におけるＡ−Ａ断面図である。

【００１７】図１及び図２を参照して説明すると、圧電
フィルムスピーカ１は、可撓性圧電フィルムからなる振
動板２と、その周辺を支持するフレーム３からなるもの
である。この振動板２は、図２に示すように、単一の可
撓性圧電フィルム２１の表裏両面に電極２０を形成し、
これを弾性支持体２２で支持したものである。電極２０
は可撓性圧電フィルム２１の全面に形成され、この電極
２０には、図２に示すように一対の端子４が接続されて
いる。そして、この端子４を介して信号源Ｓからの信号
が振動板２に供給されている。

【００１８】この電極２０が形成された可撓性圧電フィ
ルム２１は、図１に示すように複数の領域２ａ，２ｂ，
２ｃに区画されており、この各領域２ａ，２ｂ，２ｃが
互いに曲率の異なる湾曲部を形成している。そして、こ
の実施形態では、各領域２ａ，２ｂ，２ｃにおける面積
を互いに異なるように設定し、一方端の領域２ａが一番
大で、２ｂ，２ｃの順に小さく設定している。また、各
領域２ａ，２ｂ，２ｃにおける各湾曲部の曲率Ｒ１，Ｒ
２，Ｒ３をＲ１＞Ｒ２＞Ｒ３となるように設定してい
る。

【００１９】このような実施形態における振動板２の形
成方法を説明する。形成方法は簡単であり、可撓性圧電
フィルム２１の上にアルミニウム等の電極材料を一様に
蒸着する。これを可撓性圧電フィルム２１の両面に施
す。可撓性圧電フィルムは２１としては、未処理のポリ
フッ化ビニリデン等に延伸処理，分極処理等を施すこと
により得られる高分子圧電フィルム、或いは、エポキシ
系樹脂等の高分子シートに多数の圧電素子（圧電セラミ
ック）を混在させて成形した複合圧電体シート等が用い
られる。また、電極材料としては、前述のアルミニウム
の他に導電性の高い材料が使用可能であり、特に振動板
２自体に光透過性を与えようとする場合には、ＩＴＯ等
の透明電極を用いることもできる。

【００２０】このように形成された振動板２は、前述の
弾性支持体２２に支持されて、区画された領域２ａ，２
ｂ，２ｃに湾曲部を形成するように保持される。弾性支
持体２２としては、例えば、発泡ポリプロピレン、発泡
スチロール、ＡＢＳ樹脂、アルミニウム、発泡ポリウレ
タン等からなり、各領域２ａ，２ｂ，２ｃにおける湾曲
部の形状に応じて成形されたものが用いられる。また、
この実施形態では弾性支持体２２を用いているが、これ
に限らず、弾性支持体２２を用いないで、単一の可撓性
圧電フィルム２１自体を各領域に応じて湾曲させ、これ
をフレーム３で支持する構造としてもよい。

【００２１】このような構造を備えた実施形態による
と、電極２０が形成された単一の可撓性圧電フィルム２
１に対して、区画された領域２ａ，２ｂ，２ｃを形成し
ているので、それぞれの領域が異なる振動系を形成する
ことになる。これによって、各領域２ａ，２ｂ，２ｃで
は分割振動域を低下させることができると共に、面積大
及び曲率大の領域２ａを低音域用、領域２ｂを中音域
用、面積小及び曲率小の領域２ｃを高音域用とすること
で、単一の可撓性圧電フィルム２１を用いながら帯域分
割による広帯域化を達成することができる。

【００２２】図３は、このような実施形態の圧電フィル
ムスピーカ１の等価回路を示す説明図である。これによ
って圧電フィルムスピーカ１の出力を説明すると、単一
の可撓性圧電フィルム２１とその表裏全面に形成された
電極２０よりなる容量Ｃ_１に対して信号源Ｓからトラン
スＴを介して信号が供給される電気系の出力に対して、
区画された領域２ａ，２ｂ，２ｃによって異なる振動を
行う機械的な振動系（力係数Ａ、スティフネス（かた
さ）Ｃ_０ａ〜Ｃ_０ｃ、重量Ｌ_０ａ〜Ｌ_０ｃ、機械抵抗Ｒ
_０ａ〜Ｒ_０ｃ）の出力が加わることになる。

【００２３】ここで、領域２ａ，２ｂ，２ｃの各湾曲部
の曲率（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３）の違いによってスティフネ
ス（Ｃ_０ａ〜Ｃ_０ｃ）を異ならせることができ、各領域
の面積の違いによって重量（Ｌ_０ａ〜Ｌ_０ｃ）を異なら
せることができる。機械抵抗Ｒ_０ａ〜Ｒ_０ｃは、曲率
（Ｒ１〜Ｒ２）によらず領域の形状によって変化する
が、その変化量はスティフネスＣ_０ａ〜Ｃ_０ｃや重量Ｌ
_０ａ〜Ｌ_０ｃに比べると小さいので、圧電フィルムスピ
ーカ１の出力帯域を設定する際にはスティフネスＣ _０ａ
〜Ｃ_０ｃや重量Ｌ_０ａ〜Ｌ_０ｃによるほうが実用的であ
る。

【００２４】そして、各領域において、曲率を小さくす
ると対応するスティフネスは小さくなるので、共振周波
数を高く設定することができ、重量を大きくすると共振
周波数を低くすることができる。したがって、区画され
た各領域の曲率と面積（重量）の設定によって、圧電フ
ィルムスピーカ１の出力における帯域分割を自由に設定
することが可能になる。

【００２５】図４は、本発明の他の実施形態を示す説明
図である（同図（ａ）が平面図、同図（ｂ）が側面図を
示している。前述の実施形態と同一の部位には同一の符
号を付して一部説明を省略する。）。この実施形態にお
いては、各領域２ａ，２ｂ，２ｃに同じ曲率Ｒの湾曲部
を形成すると共に、各領域の面積が互いに異なるように
設定している。これによると、面積の違いによって各領
域の重量を異ならせることができるので、各領域はそれ
ぞれ異なる振動特性を示すようになる。即ち面積の大き
い領域２ａでは重量が大で共振周波数は低くなり、面積
の小さい領域２ｃでは重量が小さく共振周波数は高くな
る。したがって、これによっても単一の可撓性圧電フィ
ルム２１を用いながら帯域分割による広帯域化を達成す
ることができる。

【００２６】また、この実施形態によると可撓性圧電フ
ィルム２１は予め同じ曲率に湾曲させて形成し、これを
各領域の面積に応じて区画することができるので形成が
容易になる利点がある。この実施形態においては、区画
された各領域の曲率を一定にして面積（重量）のみを異
ならせたが、逆に、面積（重量）を一定にして曲率のみ
を異ならせることでも、出力の帯域分割を行うことも可
能である。

【００２７】図５は、本発明の更に別の実施形態を示す
説明図である（同図（ａ）が平面図、同図（ｂ）が側面
図を示している。前述の実施形態と同一の部位には同一
の符号を付して一部説明を省略する。）。この実施形態
では、単一の可撓性圧電フィルム２１の表裏両面に電極
２０を形成して、この電極２０を複数の分割部位２０
Ａ，２０Ｂ，２０Ｃに分割して各分割部位に端子４を設
け、また、分割部位２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃのそれぞれ
に区画した湾曲部を形成している。すなわち、この湾曲
部は分割部位２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃを横切る方向に領
域を区画して形成しており、領域２ａ_１，２ａ_２，２ａ
_３では曲率Ｒ１の湾曲部が形成され、領域２ｂ_１，２ｂ
_２，２ｂ_３では曲率Ｒ２の湾曲部が形成され、領域２ａ
_１，２ａ_２，２ａ_３では曲率Ｒ３の湾曲部が形成されて
いる。

【００２８】このような実施形態では、電極２０を分割
することで大面積の振動板を小区分に分割してそれぞれ
に信号供給を行うので、それぞれの分割部位では分割振
動域を低下させることができて再生帯域を拡大すること
ができる。そして、各分割部位での面積を異ならせるこ
とによって電気系の容量（Ｃ_１〜Ｃ_３）を異ならせるこ
とができるので、前述の実施形態における機械振動系の
自由度に対して電気振動系の自由度が掛け合わされるこ
とになり、更に自由度の高い帯域分割の設定が可能にな
る。

【００２９】また、電極２０を分割してそれぞれに信号
供給することで、給電方式のバリエーションが高まり、
例えばマルチアンプ化やネットワーク化が可能になる。
これによって、出力の帯域分割を行う場合に、音圧周波
数特性，位相特性、インピーダンス特性等の微調整をネ
ットワーク化によって行うことで、分割帯域をスムース
に繋いだ良好な広帯域化が可能となり、また、マルチア
ンプ化による特性調整によって、広帯域化に併せて高入
力・高感度化が可能になる。

【００３０】

【発明の効果】本発明は、このように構成されるので、
所望の面積を有する圧電フィルムスピーカに対して、広
帯域化が可能であると共に、コストアップを招くことが
無く、しかも各種特性の設計自由度を向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る圧電フィルムスピー
カを示す説明図である（同図（ａ）が平面図、同図
（ｂ）が側面図を示している。）。

【図２】図２は図１におけるＡ−Ａ断面図である。

【図３】実施形態における振動板の等価回路を示す説明
図である。

【図４】本発明の他の実施形態に係る圧電フィルムスピ
ーカを示す説明図である（同図（ａ）が平面図、同図
（ｂ）が側面図を示している。）。

【図５】本発明の他の実施形態に係る圧電フィルムスピ
ーカを示す説明図である（同図（ａ）が平面図、同図
（ｂ）が側面図を示している。）。

【図６】従来の圧電フィルムスピーカを示す説明図（側
面図及び平面図）である。

【図７】従来の圧電フィルムスピーカの等価回路を示す
説明図である。

【符号の説明】

１圧電フィルムスピーカ２振動板３フレーム４端子２０電極２ａ，２ｂ，２ｃ領域２１可撓性圧電フィルム２２弾性支持体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】単一の可撓性圧電フィルムとその両面に
形成された一対の電極とからなる振動板を備えた圧電フ
ィルムスピーカにおいて、前記電極が形成された可撓性圧電フィルムを複数の領域
に区画し、各領域が互いに曲率の異なる湾曲部を形成す
ることを特徴とする圧電フィルムスピーカ。
【請求項２】単一の可撓性圧電フィルムとその両面に
形成された一対の電極とからなる振動板を備えた圧電フ
ィルムスピーカにおいて、前記電極が形成された可撓性圧電フィルムを複数の領域
に区画し、前記各領域に湾曲部を形成すると共に、該各
領域の重量を互いに異ならせることを特徴とする圧電フ
ィルムスピーカ。
【請求項３】前記各領域の重量を面積の違いによって
互いに異ならせることを特徴とする請求項２に記載の圧
電フィルムスピーカ。