JP2009038637A - 静電型スピーカ - Google Patents

Abstract

【課題】感度良く振動体を振動させつつ、再生波に不具合を生じさせないようにする。
【解決手段】静電型スピーカ１においては、電極２０Ｌの周縁部にスペーサ３０Ｌが固着され、スペーサ３０Ｌの上には、複数の表側凸部１１と複数の裏側凸部１２を有し導電性を備えた振動体１０の周縁部が固着されている。そして、振動体１０の周縁部の上にスペーサ３０Ｕが固着され、スペーサ３０Ｕの上に電極２０Ｕの周縁部が固着されている。電極２０Ｕと電極２０Ｌとの間に音響信号に応じた電位差が生じると、振動体１０には静電力が働き、振動体１０は音響信号に応じて振動する。そして、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、少なくとも一方の電極２０を通り抜けて静電型スピーカ１の外部に放射される。
【選択図】図２

Description

本発明は、静電型スピーカの構造に関する。

スピーカにおいては、特許文献１に開示されている静電型スピーカと呼ばれるスピーカがある。この静電型スピーカは、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、その両端等を筐体等に支持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）、音響信号に応じた再生波が振動体から発生する。そして、発生した再生波は、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。

このような静電型スピーカの振動体に作用する静電力の大きさは、振動体と平面電極との間の距離の２乗に反比例するため、振動体を感度良く振動させるためには、振動体と平面電極との間隔を狭くすればよい。このように、振動体と平面電極との間隔を狭くする技術としては、特許文献２に開示された静電型スピーカがある。特許文献２に開示された静電型スピーカの振動体においては、列状の凸部が複数平行して設けられており、振動体の凸部の頂点と平面電極とが接触している。この構成によれば、振動体と平面電極との間の距離が短くなるため、振動体が感度良く振動する。

特開平１１−１７８０９８号公報 特表２００２−５３２９９４号公報

さて、特許文献２に開示されている構成によれば、対向する電極間の距離を短くして感度を向上させることができる。しかしながら、電極間の間隔を狭くすると音響信号による駆動力が増し、対向する電極自身も駆動されて振動してしまい、再生波に歪みが生じることとなる。

本発明は、上述した背景の下になされたものであり、その目的は、感度良く振動体を振動させつつ、再生波に不具合を生じさせない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、導電性を有し、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電極と離間して位置し、前記第１電極側に突出した複数の第１凸部と、前記第２電極側に突出した複数の第２凸部とを有する振動体と、前記振動体を支持する支持部材とを有し、前記第１凸部は、当該第１凸部の突出方向に直交する断面の形状が多角形または閉曲線であり、前記第２凸部は、当該第２凸部の突出方向に直交する断面の形状が多角形または閉曲線であり、前記第１凸部と前記第２凸部は、少なくとも２方向へ規則的に配置されている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、前記第１凸部の高さと前記第２凸部の高さが同じであってもよい。
また、本発明においては、前記第１凸部の形状と前記第２凸部の形状が同じであってもよい。
また、本発明においては、前記支持部材は、前記振動体に対して張力を掛けずに支持してもよい。
また、本発明においては、前記第１電極において前記第１凸部に対向する面から前記第１凸部の先端までの距離と、前記第２電極において前記第２凸部に対向する面から前記第２凸部の先端までの距離とが等しくてもよい。
また、本発明においては、前記第１電極と前記振動体との間、および前記第２電極と前記振動体との間に弾性を有する弾性部材を備えていてもよい。

また、本発明においては、前記第１凸部の先端は平坦で前記第１電極において前記振動体に対向する面と平行であり、前記第２凸部の先端は平坦で前記第２電極において前記振動体に対向する面と平行であってもよい。
また、本発明においては、前記各第１凸部の平坦な先端部の面積と前記各第２凸部の平坦な先端部の面積とが同じであり、前記第１凸部の数と前記第２凸部の数が同じであってもよい。

本発明によれば、感度良く振動体を振動させつつ、再生波に不具合を生じることがない。

［実施例］
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、振動体１０を挟んで対向する電極２０Ｕと電極２０Ｌ、スペーサ３０Ｕとスペーサ３０Ｌとを有している。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、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、図中の振動体、電極等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し、「○」の中に「×」が記載されたものは図面の表から裏に向かう矢印を意味するものとする。

振動体１０は、例えば、ＰＥＴ（polyethylene terephthalate、ポリエチレンテレフタレート）、ＰＰ（polypropylene、ポリプロピレン）などのフィルムに、金属膜を蒸着あるいは導電性塗料を塗布したものであり、その厚さは、数μｍ〜数十μｍ程度の厚さとなっている。振動体１０は、周縁部が平坦となっており、周縁部より内側には、振動体１０のＸ−Ｙ平面に平行な中心面から振動体１０の一方の面側に突出した表側凸部１１と、振動体１０のもう一方の面側に突出した裏側凸部１２を複数有している。なお、振動体１０においては、表側凸部１１と裏側凸部１２は、Ｘ方向に規則的に交互に配列され、また、Ｙ方向においても規則的に交互に配置されている。また、振動体１０をＸ−Ｚ平面に沿って切断すると、振動体１０の断面は、図２に示したように方形波と同様の形状となっており、振動体１０をＸ−Ｙ平面に沿って切断すると、振動体１０の表側凸部１１および裏側凸部１２の断面形状は方形となっている。

電極２０は、矩形で板状に形成されており導電性を有している。また、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、電極２０のＸ方向およびＹ方向の長さと、振動体１０のＸ方向およびＹ方向の長さは同じとなっている。

スペーサ３０は、絶縁体で形成されており、その形状は図３に示したように角部を有する環状となっている。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。

静電型スピーカ１においては、電極２０Ｌの周縁部にスペーサ３０Ｌが固着され、スペーサ３０Ｌの上に振動体１０の周縁部が固着されている。なお、振動体１０は、張力が掛からない状態でスペーサ３０Ｌに固着されている。そして、振動体１０の周縁部の上にスペーサ３０Ｕが固着され、スペーサ３０Ｕの上に電極２０Ｕの周縁部が固着されている。
この構成においては、電極２０Ｕ，２０Ｌは、振動体１０を挟んで対向するようにスペーサ３０Ｕ，３０Ｌに固定され、振動体１０は、電極２０Ｕと電極２０Ｌとの空間内において、電極２０に垂直なＺ方向に振動可能に支持されている。

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とを備えている。そしてバイアス電源７０は、振動体１０と、変圧器５０の出力側の中点と接続されており、２つの電極２０はそれぞれ変圧器５０の出力側の一端および他端に接続されている。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および振動体１０にそれぞれ印加される。

印加電圧によって電極２０Ｕと電極２０Ｌとの間に電位差が生じると、振動体１０にはどちらかの電極２０の側へ引き寄せられるような静電力が働く。すなわち、振動体１０は音響信号に応じて同図のＺ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、少なくとも一方の電極２０を通り抜けて静電型スピーカ１の外部に放射される。

本実施形態の静電型スピーカ１と振動体１０が平坦な従来の静電型スピーカと比較すると、振動体１０が電極２０Ｕおよび電極２０Ｌ側に突出した表側凸部１１と裏側凸部１２を有している。このため、従来の静電型スピーカと電極２０Ｕと電極２０Ｌとの間の距離が同じであっても、凸部の先端においては平坦の振動体より電極２０と振動体１０の距離が近く、振動体１０の感度が高くなっている。

具体的には、Ｚ方向における振動体１０の中心位置から電極２０までの距離をｄ、Ｚ方向における振動体１０の中心位置から表側凸部１１の先端まで、およびＺ方向における振動体１０の中心位置から裏側凸部１２の先端までの高さをｈ、表側凸部１１の先端部分と裏側凸部１２の先端部分の面積をΔＳとすると、一方の電極２０から振動体１０が受ける力Ｆは数１の式で表され、また、凸部分の先端部の合計の面積Ｓは、数２の式で表される。なお、数２においてｎは表側凸部１１の数と裏側凸部１２の数を合計した数である。

次に、数１の式をべき級数展開すると数３の式となる。

ここで、表側凸部１１の先端部の面積と裏側凸部１２の先端部の面積が等しいとすると、振動体１０の片側の凸部の先端部の面積は１／２Ｓとなり、振動体１０が一方の電極２０から受ける力Ｆは、数４の式で表される。

ここで、ｄ＝０．５ｍｍであると、凹凸がない従来の平坦な振動体（ｈ＝０ｍｍ）においてはＦ＝４となり、一方、本実施形態において、ｄ＝０．５ｍｍ、ｈ＝０．１７ｍｍにとるとＦ＝５．５８となって、凸部がある振動体を用いると、約３ｄＢ感度が向上していることがわかる。

また、本実施形態においては、振動体１０が凹凸を有しているため、平坦な従来の振動体と比較して振動体１０の剛性が高くなる。このため、張力を振動体１０に掛けない状態であっても、振動体１０にシワやたるみが生じにくくなり、振動体１０に均一に静電力が働き、楽音信号が正しく再生されることとなる。
また、平坦な振動体と比較すると凹凸により剛性が高いため、静電型スピーカ１を組み立てる際に、振動体１０にシワやたるみが生じることがなく、容易に静電型スピーカ１を組み立てることができる。

また、凸部を有する振動体１０で得られる感度を、平坦な振動体を有する静電型スピーカで得ようとすると、電極２０Ｕと電極２０Ｌの間の距離を狭くする必要がある。しかしながら、電極間の間隔を狭くすると一方の電極２０からの音響信号による駆動力が他方の電極２０にも影響し、電極２０自身も駆動されて振動してしまい、再生波に歪みが生じることとなる。
一方、本発明によれば、電極間の間隔を広げて電極自身が駆動されないようにしても、振動体１０の凸部により振動体１０の感度が向上しているため、振動体１０が感度良く振動しつつ、電極の駆動を抑え、放射される音に歪みを生じさせないようにすることができる。
また、対向する電極２０同士の間隔を広くしても、平坦な振動体と比較して振動体１０が感度良く振動して振動体１０の振幅が大となるため、出力される音の音圧は、同じサイズで平坦な振動体を有する静電型スピーカより大となる。

［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、電極２０は、導電性を有する矩形で板状の部材となっているが、本発明において電極２０は、金網や導電性不織布などの多孔質で導電性を有する部材であってもよい。

本発明においては、振動体１０は、金属薄膜をラミネートしたものや、絶縁性フィルムに高電圧をかけて分極されたものであってもよい。

本発明においては、振動体１０における凸部の形状は、上述した実施形態の角柱形状に限定されるものではない。凸部の形状は円錐形状で、その断面は、図４（ａ）に示した形状であってもよい。また、Ｘ−Ｙ平面に沿った断面の形状が方形であり、Ｘ−Ｚ平面（Ｙ−Ｚ平面）に沿った断面の形状が、図４（ｂ）に示したように台形の形状であってもよい。また、上から見た時の形状が方形で、図４（ｃ）に示したように、Ｘ−Ｚ平面に沿った断面の形状がのこぎり波の形状であってもよく、また、上から見た時の形状が円形で、図４（ｄ）に示したようにＸ−Ｚ平面に沿った断面の形状が波形であってもよい。
また、Ｘ−Ｙ平面に沿った断面の形状が方形であり、Ｘ−Ｚ平面（Ｙ−Ｚ平面）に沿った断面の形状が、図５（ａ）〜（ｂ）に示したように階段状となっていてもよく、Ｘ−Ｙ平面に沿った断面の形状が円形であり、Ｘ−Ｚ平面（Ｙ−Ｚ平面）に沿った断面の形状が、図５（ｃ）に示したように階段状となっていてもよい。
また、本発明においては、表側凸部１１の高さと、裏側凸部１２の高さが異なっていてもよい。なお、表側凸部１１の高さと、裏側凸部１２の高さは同じであるのが好ましい。
要は、振動体１０においては、Ｘ−Ｙ平面に平行な中心面からＺ方向に突出した凸部があり、振動体１０に張力を掛けない状態において振動体１０にシワやたるみが生じないようにしつつ、感度良く振動体１０が振動するように凸部同士の間隔と凸部の高さとが定められていればよい。

上述した実施形態においては、振動体１０の周縁部の四辺をスペーサ３０Ｕとスペーサ３０Ｌとで支持しているが、本発明においては、振動体１０の四辺をスペーサで支持せず、振動体１０の周縁部の三辺のみ、または二辺のみ、もしくは一辺のみをスペーサ３０Ｕとスペーサ３０Ｌとで挟んで支持するようにしてもよい。

本発明においては、電極２０Ｕ，２０Ｌと振動体１０との間に、図６に示したように、材質および厚みが等しく、弾性を有する弾性部材４０Ｕ，４０Ｌを挿入するようにしてもよい。また、弾性部材４０を静電型スピーカ１の内部に挿入する際には、図７に示したように、凸部と凸部の間（凹部）に弾性部材４０が入らないようにしてもよい。
なお、弾性部材４０は、電極２０の空気透過性よりも大きい空気透過性を有するものであって、例えば空気透過率９５％以上であるのが好ましい。また、弾性部材４０は絶縁性を有する素材で形成されていれば、スポンジ状、シート状、不織布など様々な形態をとることができる。
このように、電極２０と振動体１０との間に弾性部材４０を設けることで、振動体１０を支持し、かつ適度な弾性応力を振動体１０に対して付与することが可能である。

上述した実施形態においては、静電型スピーカ１は、振動体１０を挟んで電極２０Ｕと電極２０Ｌとを有し、両方の電極に音響信号が供給されるが、いずれか一方の電極にのみ音響信号を供給するようにしてもよい。また、この構成においては、音響信号が供給されない電極を、導電性を有しない矩形で板状の部材に代えてもよい。要は、入力される音響信号に応じて静電力が振動体１０に作用する構成であればよい。

本発明においては、スペーサ３０Ｕとスペーサ３０Ｌとを対向させて固着させ、振動体１０をスペーサ３０に固着させることなく、このスペーサ３０Ｕとスペーサ３０Ｌとの間に挟んで張力を掛けずに支持するようにしてもよい。

本発明の一実施形態に係る静電型スピーカの模式図である。 静電型スピーカ１の断面図である。 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振動体１０の断面を模式的に示した図である。 本発明の変形例に係る振動体１０の断面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断面図である。 本発明の変形例に係る静電型スピーカの断面図である。

符号の説明

１・・・静電型スピーカ、１０・・・振動体、１１・・・表側凸部、１２・・・裏側凸部、２０Ｕ，２０Ｌ・・・電極、３０Ｕ，３０Ｌ・・・スペーサ、４０Ｕ，４０Ｌ・・・弾性部材、５０・・・変圧器、６０・・・入力部、７０・・・バイアス電源

Claims (8)

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、
   導電性を有し、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電極と離間して位置し、前記第１電極側に突出した複数の第１凸部と、前記第２電極側に突出した複数の第２凸部とを有する振動体と、
   前記振動体を支持する支持部材と
   を有し、
   前記第１凸部は、当該第１凸部の突出方向に直交する断面の形状が多角形または閉曲線であり、前記第２凸部は、当該第２凸部の突出方向に直交する断面の形状が多角形または閉曲線であり、
   前記第１凸部と前記第２凸部は、少なくとも２方向へ規則的に配置されていること
   を特徴とする静電型スピーカ。
2. 前記第１凸部の高さと前記第２凸部の高さが同じ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. 前記第１凸部の形状と前記第２凸部の形状が同じである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。
4. 前記支持部材は、前記振動体に対して張力を掛けずに支持することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の静電型スピーカ。
5. 前記第１電極において前記第１凸部に対向する面から前記第１凸部の先端までの距離と、前記第２電極において前記第２凸部に対向する面から前記第２凸部の先端までの距離とが等しいことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の静電型スピーカ。
6. 前記第１電極と前記振動体との間、および前記第２電極と前記振動体との間に弾性を有する弾性部材を備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の静電型スピーカ。
7. 前記第１凸部の先端は平坦で前記第１電極において前記振動体に対向する面と平行であり、前記第２凸部の先端は平坦で前記第２電極において前記振動体に対向する面と平行であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の静電型スピーカ。
8. 前記各第１凸部の平坦な先端部の面積と前記各第２凸部の平坦な先端部の面積とが同じであり、前記第１凸部の数と前記第２凸部の数が同じであることを特徴とする請求項７に記載の静電型スピーカ。

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