JP5157324B2 - Piezoelectric structure and speaker equipped with the same - Google Patents
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Description
この発明は、一般的には圧電構造体とそれを備えたスピーカーに関し、特定的には透明性を有する圧電構造体とそれを備えたスピーカーに関するものである。 The present invention generally relates to a piezoelectric structure and a speaker including the same, and more particularly to a transparent piezoelectric structure and a speaker including the same.
従来から、窓ガラス、ドア、壁などの建築物、調度品、装飾品等の種々の物品が本来の機能を有したままで、物品にスピーカーの機能を付加することが可能なスピーカーの形態が検討されている。このようなスピーカーの一つの形態として、薄膜状の透明スピーカーが提案されている。 Conventionally, there has been a form of a speaker that can add a speaker function to an article while various articles such as windows, doors, walls, and other buildings, furniture, decorations, etc. have their original functions. It is being considered. As one form of such a speaker, a thin-film transparent speaker has been proposed.
たとえば、特開平4−70100号公報(特許文献1)には、PLZT等の透明の圧電磁器の両面に透明電極を形成したものを、ガラスまたはプラスチックの薄膜振動板の上に設けることによって構成されたユニモルフ型またはバイモルフ型の透明スピーカーが提案されている。 For example, Japanese Patent Laid-Open No. 4-70100 (Patent Document 1) is configured by providing a transparent piezoelectric ceramic such as PLZT with transparent electrodes on both surfaces of a glass or plastic thin film diaphragm. Unimorph type or bimorph type transparent speakers have been proposed.
また、たとえば、特開2003−244792号公報(特許文献2)には、携帯情報端末に設置される圧電フィルムスピーカーが提案されている。この圧電フィルムスピーカーを構成する圧電フィルム振動板は、透明でかつ弾性を有する可撓性圧電フィルムの表裏両面に透明電極を形成したものである。可撓性圧電フィルムとしては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)が用いられている。
しかしながら、特開平4−70100号公報(特許文献1)で提案された透明スピーカーは、透明性を有するが、セラミックや単結晶からなる圧電部材を用いているので、可撓性が小さく、透明スピーカー自体によって曲面を形成することは困難である。このため、たとえば、携帯電話機や携帯ゲーム機等の電子機器の表示画面の上に透明スピーカーを貼り付けた場合に、圧電部材が破壊してしまう可能性がある。また、圧電部材をPLZTで形成した場合には、PLZT自体が無色透明ではないので、上記の透明スピーカーは透明性が劣るという問題がある。 However, although the transparent speaker proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-70100 (Patent Document 1) has transparency, it uses a piezoelectric member made of ceramic or single crystal, so it has low flexibility and is a transparent speaker. It is difficult to form a curved surface by itself. For this reason, for example, when a transparent speaker is pasted on the display screen of an electronic device such as a mobile phone or a portable game machine, the piezoelectric member may be destroyed. In addition, when the piezoelectric member is formed of PLZT, PLZT itself is not colorless and transparent, and thus the above-described transparent speaker has a problem of poor transparency.
一方、特開2003−244792号公報(特許文献2)で提案された圧電フィルムスピーカーは、可撓性を有するが、乳白色を呈するPVDFを圧電フィルムとして用いているので、圧電フィルムを非常に薄く形成したとしても、透明性が劣るという問題がある。このため、携帯電話機や携帯ゲーム機等の電子機器の表示画面の上に上記の圧電フィルムスピーカーを貼り付けた場合に、表示画面の表示性能を劣化させる可能性がある。 On the other hand, although the piezoelectric film speaker proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-244792 (Patent Document 2) has flexibility, it uses milky white PVDF as the piezoelectric film, so the piezoelectric film is formed very thin. Even so, there is a problem that transparency is inferior. For this reason, when the above piezoelectric film speaker is pasted on the display screen of an electronic device such as a mobile phone or a portable game machine, the display performance of the display screen may be deteriorated.
そこで、この発明の目的は、良好な可撓性と可視光に対する良好な透明性とを兼ね備えることが可能な圧電構造体とそれを備えたスピーカーを提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a piezoelectric structure capable of having both good flexibility and good transparency to visible light, and a speaker including the piezoelectric structure.
この発明に従った圧電構造体は、互いに対向する主表面を両側に有する樹脂層と、この樹脂層の両側の主表面を挟むように配置された透明の電極層とを備える。樹脂層は、透明の樹脂部分と、樹脂部分中に分散された、圧電性を示す複数の柱状の分散部分とを含む。分散部分は、長軸方向が樹脂部分の法線方向とほぼ平行になるように配向して樹脂部分中に分散されており、直径が400nm以下であり、かつ、長軸方向に分極されている。 The piezoelectric structure according to the present invention includes a resin layer having main surfaces facing each other on both sides, and a transparent electrode layer arranged so as to sandwich the main surfaces on both sides of the resin layer. The resin layer includes a transparent resin portion and a plurality of columnar dispersion portions exhibiting piezoelectricity dispersed in the resin portion. The dispersed portion is oriented and dispersed in the resin portion so that the major axis direction is substantially parallel to the normal direction of the resin portion, has a diameter of 400 nm or less, and is polarized in the major axis direction. .
この発明の圧電構造体においては、圧電性を示す分散部分が内部に配置された基材となる部分は樹脂部分である。これにより、本発明の圧電構造体は可撓性を有するので、たとえば、携帯電話機や携帯ゲーム機等の電子機器の表示画面の上に、この発明の圧電構造体を備えたスピーカーを貼り付けた場合に、圧電性を示す部材が破壊してしまうことがない。 In the piezoelectric structure according to the present invention, the portion serving as the base material in which the dispersed portion exhibiting piezoelectricity is disposed is the resin portion. As a result, the piezoelectric structure of the present invention has flexibility. For example, a speaker including the piezoelectric structure of the present invention is pasted on the display screen of an electronic device such as a mobile phone or a portable game machine. In such a case, the piezoelectric member is not destroyed.
また、この発明の圧電構造体においては、直径が400nm以下の分散部分は、長軸方向が樹脂部分の法線方向とほぼ平行になるように配向して、透明の樹脂部分中に分散されている。このように透明の樹脂部分中に分散された分散部分の直径が、可視光の波長の下限である400nm程度よりも小さいので、樹脂層自体が可視光に対して良好な透明性を有することができる。これにより、たとえば、携帯電話機や携帯ゲーム機等の電子機器の表示画面の上に、この発明の圧電構造体を備えたスピーカーを貼り付けた場合に、表示画面の表示性能を劣化させることがない。 In the piezoelectric structure of the present invention, the dispersed portion having a diameter of 400 nm or less is dispersed in the transparent resin portion so that the major axis direction is substantially parallel to the normal direction of the resin portion. Yes. Thus, since the diameter of the dispersed portion dispersed in the transparent resin portion is smaller than about 400 nm which is the lower limit of the wavelength of visible light, the resin layer itself may have good transparency to visible light. it can. Thereby, for example, when a speaker having the piezoelectric structure of the present invention is pasted on a display screen of an electronic device such as a mobile phone or a portable game machine, the display performance of the display screen is not deteriorated. .
したがって、良好な可撓性と可視光に対する良好な透明性とを兼ね備えることが可能な圧電構造体を得ることができる。 Therefore, it is possible to obtain a piezoelectric structure that can have both good flexibility and good transparency to visible light.
この発明の圧電構造体において、樹脂層と電極層とが交互に積層されていることが好ましい。 In the piezoelectric structure of the present invention, it is preferable that the resin layers and the electrode layers are alternately laminated.
このように構成することにより、多層構造の圧電構造体を得ることができるので、この発明の圧電構造体を用いてスピーカーを構成した場合に、スピーカーの強度を向上させることができる。 With such a configuration, a piezoelectric structure having a multilayer structure can be obtained. Therefore, when a speaker is configured using the piezoelectric structure of the present invention, the strength of the speaker can be improved.
この発明の一つの局面に従ったスピーカーは、上記の特徴を有する圧電構造体を備える。 A speaker according to one aspect of the present invention includes a piezoelectric structure having the above characteristics.
この発明のスピーカーは、主表面を有する透明の基材を備え、上記の特徴を有する圧電構造体が基材の主表面の上に接合されて構成されてもよい。 The speaker according to the present invention may include a transparent base material having a main surface, and the piezoelectric structure having the above characteristics may be bonded onto the main surface of the base material.
このように構成することにより、ユニモルフ型スピーカーを構成することができる。 By comprising in this way, a unimorph type speaker can be constituted.
また、この発明のスピーカーは、積層された複数の圧電構造体を備えるように構成されてもよい。 Further, the speaker of the present invention may be configured to include a plurality of stacked piezoelectric structures.
このように構成することにより、バイモルフ型のスピーカーを構成することができる。 With this configuration, a bimorph type speaker can be configured.
さらに、この発明のスピーカーにおいて、圧電構造体は主表面を有し、複数の圧電構造体が、それぞれの主表面が連なるように接合されて複数の振動領域を形成するように構成されてもよい。 Further, in the speaker of the present invention, the piezoelectric structure may have a main surface, and the plurality of piezoelectric structures may be configured to be joined so that the main surfaces are connected to form a plurality of vibration regions. .
このように構成することにより、分離された複数の振動領域を有するスピーカーを構成することができる。複数の振動領域は、必ずしも共振周波数が異なる必要はなく、たとえば、同じ特性の振動領域を二つ形成することによって、ステレオ型のスピーカーを構成することができる。 With this configuration, a speaker having a plurality of separated vibration regions can be configured. The plurality of vibration regions do not necessarily have different resonance frequencies. For example, a stereo speaker can be configured by forming two vibration regions having the same characteristics.
この場合、複数の振動領域は、互いに共振周波数が異なるようにしてもよい。 In this case, the plurality of vibration regions may have different resonance frequencies.
このように構成することにより、周波数特性が異なる複数の振動領域を有するスピーカーを構成することができる。 With this configuration, it is possible to configure a speaker having a plurality of vibration regions having different frequency characteristics.
さらに、この場合、複数の振動領域は、互いに面積が異なるようにしてもよい。 Furthermore, in this case, the plurality of vibration regions may have different areas.
このようにして簡単な構成で、周波数特性が異なる複数の振動領域を有するスピーカーを構成することができる。 In this way, a speaker having a plurality of vibration regions with different frequency characteristics can be configured with a simple configuration.
この発明のスピーカーにおいて、複数の振動領域の境界には、隣接する複数の振動領域の振動を減衰するための減衰領域が設けられていることが好ましい。 In the speaker according to the present invention, it is preferable that an attenuation region for attenuating vibrations of a plurality of adjacent vibration regions is provided at a boundary between the plurality of vibration regions.
このように構成することにより、複数の振動領域を有するスピーカーにおいて音の分離性を高めることができる。 With this configuration, it is possible to improve sound separability in a speaker having a plurality of vibration regions.
以上のようにこの発明によれば、良好な可撓性と可視光に対する良好な透明性とを兼ね備えることが可能な圧電構造体とそれを備えたスピーカーを得ることができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a piezoelectric structure that can have both good flexibility and good transparency to visible light, and a speaker including the piezoelectric structure.
以下、この発明の実施形態について図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、この発明の一つの実施の形態としての圧電構造体における樹脂層を示す部分斜視図である。図2は、図1のII‐II線に沿った方向から見た部分断面図である。 FIG. 1 is a partial perspective view showing a resin layer in a piezoelectric structure as one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a partial cross-sectional view as seen from the direction along line II-II in FIG.
図1と図2に示すように、圧電複合層としての板状の樹脂層10は、多数の柱状の分散部分としての柱状単結晶体1と、多数の柱状単結晶体1が内部に配置された基材である透明の樹脂部分2とから構成される。板状の樹脂層10は、互いに対向する主表面を両側に有する。図示されていないが、後述するように、透明の電極層が、樹脂層10の両側の主表面を挟むように配置されることによって、本発明の圧電構造体が構成される。多数の柱状単結晶体1は、長軸方向に分極されており、電極層に所定の電圧が印加されることによって圧電性を示す。多数の柱状単結晶体1は、長軸方向が樹脂部分2の法線方向とほぼ平行になるように配向して、樹脂部分2中に分散されている。いいかえれば、多数の柱状単結晶体1を樹脂の薄膜の中に長軸の方向が揃うように、すなわち、樹脂部分2の厚み方向に多数の柱状単結晶体1を直立させて、樹脂部分2中に互いに所定の間隔をあけて分散させて配置する。柱状単結晶体1の各々は、直径が400nm以下である。
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, a plate-
このように構成されているので、樹脂層1は、樹脂部分2自体に圧電性がなくても、樹脂部分2中に分散された柱状単結晶体1によって高い圧電定数を得ることができる。
Since it is configured in this way, the
また、圧電性を示す柱状単結晶体1が内部に配置された基材となる部分は樹脂部分2である。このため、樹脂層1は可撓性を有するので、たとえば、携帯電話機や携帯ゲーム機等の電子機器の表示画面の上に、この発明の圧電構造体を備えたスピーカーを貼り付けた場合に、圧電性を示す部材が破壊してしまうことがない。
Moreover, the part used as the base material in which the columnar
さらに、この発明の圧電構造体においては、直径が400nm以下の柱状単結晶体1は、長軸方向が樹脂部分2の法線方向とほぼ平行になるように配向して、透明の樹脂部分2中に分散されている。このように透明の樹脂部分2中に分散された柱状結晶体1の直径が、可視光の波長の下限である400nm程度よりも小さいので、樹脂層10自体が可視光に対して良好な透明性を有することができる。すなわち、図2に示すように、可視光は、矢印Pで示すように樹脂部分2中を透過することができる。好ましくは、柱状結晶体1の直径を100nm以下にすることにより、柱状単結晶体1と樹脂部分2との屈折率の違いによる可視光の散乱がほとんどなくなる。このため、樹脂部分2の透明度が高ければ、樹脂層10自体の透明度を高めることができる。これにより、たとえば、携帯電話機や携帯ゲーム機等の電子機器の表示画面の上に、この発明の圧電構造体を備えたスピーカーを貼り付けた場合に、表示画面の表示性能を劣化させることがない。
Furthermore, in the piezoelectric structure of the present invention, the columnar
したがって、良好な可撓性と可視光に対する良好な透明性とを兼ね備えることが可能な圧電構造体を得ることができる。 Therefore, it is possible to obtain a piezoelectric structure that can have both good flexibility and good transparency to visible light.
図1と図2に示すような樹脂層10は、たとえば、次のようにして製造される。
The
固化していない液状の樹脂に、多数の柱状単結晶体を混入し、分散材を用いて柱状単結晶体を液状樹脂中に分散させる。その後、外部から磁場を加えることによって、柱状単結晶体を磁場方向に直立配向させる。 A large number of columnar single crystals are mixed in a liquid resin that is not solidified, and the columnar single crystals are dispersed in the liquid resin using a dispersing material. Thereafter, by applying a magnetic field from the outside, the columnar single crystal is oriented upright in the magnetic field direction.
この場合、立方晶以外の単結晶は、常磁性体または弱磁性体であっても、結晶内に磁気異方性を有するため、外部から強磁場が加えられることによって磁場方向に配向させることができる。圧電性を示す単結晶体は、基本的に立方晶ではないので、上記の方法によって必ず配向させることができる。また、柱状単結晶体は、形状異方性が大きいため、強磁場の印加によってさらに配向しやすくなる。 In this case, even if the single crystal other than the cubic crystal is a paramagnetic substance or a weak magnetic substance, it has a magnetic anisotropy in the crystal, so that it can be oriented in the magnetic field direction by applying a strong magnetic field from the outside. it can. Since a single crystal body exhibiting piezoelectricity is basically not a cubic crystal, it can be always oriented by the above method. In addition, since the columnar single crystal has a large shape anisotropy, it becomes easier to be oriented by applying a strong magnetic field.
樹脂部分2の材料としては、アクリル、ポリカーボネート、アクリロニトリルスチレン、ポリスチレン、ナイロン12、ポリエーテルスルフォンなどの樹脂を用いることが好ましい。これらの樹脂は透明性に優れ、日光による変色がなく、もしくは非常に小さく、かつ、曲げ弾性率が大きいため、スピーカーを構成した場合に高い音質を期待することができる。
As a material for the
柱状単結晶体1の材料としては、リラクサー、BaTiO3、BaTi2O5などを用いることが好ましい。
As a material for the columnar
柱状単結晶体1の材料としてリラクサーを用いると、リラクサーは一般的に巨大な圧電定数を有する単結晶であるので、たとえば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)の2〜4倍の圧電定数を得ることができる。また、柱状単結晶体1の材料としてリラクサーを用いることにより、圧電定数の大きな圧電複合層を得ることができる。リラクサーは急冷法を用いることにより得ることができる。リラクサーとしては、PMN−PT(Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3)、PZN−PT(Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3)、PNN−PT(Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-PbTiO3)のうち、少なくともいずれか、またはこれらの混合物を用いてもよい。これらの材料のうち、PMN−PTの単結晶は比較的得られやすく、キュリー温度が155℃と比較的低い。樹脂部分2を構成する材料としてポリエーテルスルフォン(PES)を用いると、PESの熱変形温度が200℃と比較的高いため、分極処理の際にPMN−PTの単結晶の温度をキュリー温度以上としても、樹脂部分2は変形することがない。これに対して、熱変形温度が低い材料で樹脂部分2を構成すると、PMN−PTの単結晶の温度をキュリー温度まで上昇させることができないが、分極処理における電圧を大きくすれば分極させることができる。
When a relaxer is used as the material of the columnar
柱状単結晶体1の材料としてBaTiO3またはBaTi2O5の単結晶を用いることにより、無鉛の透明のスピーカーを構成することができる。特に、BaTi2O5はBaTiO3に比べて圧電定数が大きく、無色透明であるため、透明のスピーカーを構成するのに有利である。
By using a single crystal of BaTiO 3 or BaTi 2 O 5 as the material of the columnar
図3は、この発明のもう一つの実施の形態としての圧電構造体における樹脂層について、図1のII‐II線に沿った方向から見た部分断面図である。 FIG. 3 is a partial cross-sectional view of a resin layer in a piezoelectric structure as another embodiment of the present invention as seen from the direction along line II-II in FIG.
図3に示すように、柱状単結晶体1aのように、柱状単結晶体は樹脂層10を貫通していなくてもよく、樹脂層10の対向する両側の主表面に露出してなくてもよい。また、柱状単結晶体1bのように、柱状単結晶体は樹脂層10の一方の主表面のみに露出していてもよく、柱状単結晶体1cのように、柱状単結晶体は樹脂層10の他方の主表面のみに露出していてもよい。図3に示すように柱状単結晶体1a〜1cが樹脂層10を貫通していない場合には、図2に示すように柱状単結晶体1が樹脂層10を貫通している場合と比べて、柱状単結晶体内の電界が小さくなる。そのため、このような場合には柱状単結晶体の電歪効果が小さくなるので、樹脂層10中の柱状単結晶体1a〜1cの含有比率を高めることが好ましい。これにより、柱状単結晶体が樹脂層を貫通していない場合であっても、十分な圧電定数を得ることができる。なお、樹脂層10全体の透明性を維持するため、柱状単結晶体の密度は、柱状単結晶体同士の距離が近づき過ぎない程度にとどめることが好ましく、具体的には柱状単結晶体同士の距離が柱状単結晶体の直径の概ね2倍よりも大きくなるようにすることが好ましい。
As shown in FIG. 3, the columnar single crystal may not penetrate through the
図4はこの発明の一つの実施の形態として多層構造の圧電構造体を示す断面図である。 FIG. 4 is a cross-sectional view showing a multilayered piezoelectric structure as one embodiment of the present invention.
図4に示すように、圧電構造体100においては、透明の電極層21と22は、圧電複合層としての樹脂層11と12のそれぞれの両側の主表面を挟むように配置されている。電極層21と22との間に所定の電圧を印加することにより、樹脂層11と12が伸縮する。このとき、樹脂層11と12の伸縮方向を揃えるために、樹脂層11と12は逆方向に分極されている。すなわち、樹脂層11中に分散された柱状単結晶体と、樹脂層12中に分散された柱状単結晶体とは、互いに逆方向に分極されている。このように構成することにより、電極層21と22との間に所定の電圧を印加することにより、圧電構造体100が一体として面方向に伸縮することができる。
As shown in FIG. 4, in the
以上のように、圧電構造体100において、樹脂層11、12と電極層21、22とが交互に積層されていることにより、多層構造の圧電構造体を得ることができるので、この圧電構造体100を用いてスピーカーを構成した場合に、スピーカーの強度を向上させることができる。
As described above, in the
透明の電極層21、22の材料としては、ITO、IZO(登録商標)、ZnOなどを用いることができる。ITOやIZOは構成金属として希少金属であるインジウムを含むため、高価格になる可能性があるので、ZnOを用いることが好ましい。また、ZnOは、従来、形成温度が200℃以上であるため、樹脂の上に形成することが困難であるとされていたが、国際公開第WO2007/080738号パンフレットに開示されているように、常温で形成することが可能になるので、樹脂層11、12の表面上に形成するのに好適である。 As a material of the transparent electrode layers 21 and 22, ITO, IZO (registered trademark), ZnO, or the like can be used. Since ITO or IZO contains indium which is a rare metal as a constituent metal, it may be expensive, so it is preferable to use ZnO. In addition, ZnO has been conventionally considered to be difficult to form on a resin because the formation temperature is 200 ° C. or higher, but as disclosed in International Publication No. WO2007 / 080738, Since it becomes possible to form at normal temperature, it is suitable for forming on the surface of the resin layers 11 and 12.
図5は、樹脂層の伸縮動作を模式的に示す部分断面図である。 FIG. 5 is a partial cross-sectional view schematically showing the expansion and contraction operation of the resin layer.
図5の(A)から(B)に示すように、樹脂層10の両面を挟むように配置された透明電極層に電圧を印加することにより、矢印で示すように樹脂層10が厚み方向に縮み、樹脂層10が面方向に伸びる、すなわち、矢印で示すように柱状単結晶体1間の間隔が拡がるように樹脂層10が面方向に伸びる。そして、図5の(B)から(A)で示すように逆の伸縮動作が行われる。このような動作が繰り返されることにより、樹脂層10が面方向に伸縮することになる。この伸縮動作を利用してスピーカーの機能を実現する。
As shown in FIGS. 5A to 5B, by applying a voltage to the transparent electrode layer arranged so as to sandwich both surfaces of the
図6は、この発明の圧電構造体を用いて構成されるユニモルフ型のスピーカーを概念的に示す断面図である。 FIG. 6 is a sectional view conceptually showing a unimorph type speaker constituted by using the piezoelectric structure of the present invention.
図6に示すように、主表面を有する透明の基材としての透明基板200の主表面の上に圧電構造体100が接合されることによって、ユニモルフ型スピーカーユニット1000が構成されている。透明基板200は、たとえば、透明の樹脂で形成される。この場合、圧電構造体100の伸縮によって、ユニモルフ型スピーカーユニット1000の全体がベンディング振動する。
As shown in FIG. 6, a unimorph
図7は、この発明の圧電構造体を用いて構成されるバイモルフ型のスピーカーを概念的に示す断面図である。 FIG. 7 is a sectional view conceptually showing a bimorph type speaker constituted by using the piezoelectric structure of the present invention.
図7に示すように、複数の圧電構造体110と120とが相互に積層されて接合されることによって、バイモルフ型スピーカーユニット1100が構成されている。この場合、複数の圧電構造体110と120の伸縮動作が互いに逆方向になるように駆動されることによって、バイモルフ型スピーカーユニット1100の全体がベンディング振動する。なお、図7では、複数の圧電構造体110と120とが直接に接合されているが、複数の圧電構造体110と120との間に樹脂層などを介在させてもよい。
As shown in FIG. 7, a plurality of
図8は、バイモルフ型スピーカーユニットを構成する圧電構造体の伸縮動作を模式的に示す部分断面図である。 FIG. 8 is a partial cross-sectional view schematically showing the expansion / contraction operation of the piezoelectric structure constituting the bimorph type speaker unit.
図8の(A)に示すように、バイモルフ型スピーカーユニット1100を構成する圧電構造体110が矢印で示すように伸び、圧電構造体120が矢印で示すように縮む。そして、図8の(B)に示すように逆の伸縮動作が行われる。このような動作が繰り返されることにより、バイモルフ型スピーカーユニット1100が面方向に伸縮することになる。この伸縮動作を利用してスピーカーの機能を実現する。
As shown in FIG. 8A, the
図9は、スピーカーユニットが複数の振動領域から構成される場合の減衰領域の一つの実施の形態を示す断面図である。 FIG. 9 is a cross-sectional view showing one embodiment of the attenuation region when the speaker unit is composed of a plurality of vibration regions.
図9に示すように、ユニモルフ型スピーカーユニット1000またはバイモルフ型スピーカーユニット1100が複数の振動領域から構成される場合、複数の振動領域の境界には、隣接する複数の振動領域の振動を減衰するための減衰領域として、溝1001が形成されている。
As shown in FIG. 9, when the unimorph
図10は、スピーカーユニットが複数の振動領域から構成される場合の減衰領域のもう一つの実施の形態を示す断面図である。 FIG. 10 is a cross-sectional view showing another embodiment of the attenuation region when the speaker unit is composed of a plurality of vibration regions.
図10に示すように、ユニモルフ型スピーカーユニット1000またはバイモルフ型スピーカーユニット1100が複数の振動領域から構成される場合、複数の振動領域の境界には、隣接する複数の振動領域の振動を減衰するための減衰領域が設けられている。具体的には、減衰領域は、貫通孔1002と、その貫通孔1002に充填されているシリコーンゴムなどの弾性部材300とから構成されている。
As shown in FIG. 10, when the unimorph
図11は、スピーカーユニットが複数の振動領域から構成される場合の減衰領域のさらに別の実施の形態を示す断面図である。 FIG. 11 is a cross-sectional view showing still another embodiment of the attenuation region in the case where the speaker unit is composed of a plurality of vibration regions.
図11に示すように、ユニモルフ型スピーカーユニット1000またはバイモルフ型スピーカーユニット1100が複数の振動領域から構成される場合、複数の振動領域の境界には、隣接する複数の振動領域の振動を減衰するための減衰領域が設けられている。具体的には、減衰領域は、溝1001と、その溝1001に充填されているシリコーンゴムなどの弾性部材310とから構成されている。
As shown in FIG. 11, when the unimorph
このように図9〜図11に示すように構成することにより、複数の振動領域を有するスピーカーにおいて音の分離性を高めることができる。 By configuring as shown in FIGS. 9 to 11 as described above, it is possible to improve sound separability in a speaker having a plurality of vibration regions.
図12はステレオ型のスピーカーユニットを示す平面図、図13は図12のXIII−XIII線に沿った方向から見た断面図である。 FIG. 12 is a plan view showing a stereo type speaker unit, and FIG. 13 is a cross-sectional view seen from the direction along line XIII-XIII in FIG.
図12と図13に示すように、複数の圧電構造体110と120とが樹脂層などからなる透明基板200を介在して相互に接合され、その接合体の周囲を囲むように金属、硬質の樹脂などからなる枠体400が透明基板200に固着されることによって、ステレオ型のバイモルフ型スピーカーユニット1100が構成されている。隣接する圧電構造体110と110、隣接する圧電構造体120と120は、それぞれの主表面が連なるように接合されている。複数の振動領域としての隣接する圧電構造体110と110、隣接する圧電構造体120と120のそれぞれの境界には、必要に応じて、隣接する複数の振動領域の振動を減衰するための減衰領域が設けられている。具体的には、減衰領域は、貫通孔1002と、その貫通孔1002に充填されているシリコーンゴムなどの弾性部材300とから構成されている。この場合、複数の圧電構造体110と120の伸縮動作が互いに逆方向になるように駆動されることによって、バイモルフ型スピーカーユニット1100の全体がベンディング振動する。また、ステレオ型のスピーカーにおいて左右の音の分離性を高めることができる。なお、貫通孔1002の代わりに溝を形成してもよく、貫通孔1002または溝を充填する弾性部材300として、圧電構造体を構成する樹脂部分と屈折率の近いゴム系の樹脂を用いることによって、境界部分を目立たなくしてもよい。
As shown in FIGS. 12 and 13, a plurality of
図14は、この発明のさらに別の実施の形態としてスピーカーユニットを示す平面図である。 FIG. 14 is a plan view showing a speaker unit as still another embodiment of the present invention.
図14に示すように、複数の面積が異なる圧電構造体130を相互に接合することによってスピーカーユニット1200を構成してもよい。この場合、圧電構造体130の各々の周波数特性を異ならせることができる。すなわち、互いに面積が異なる複数の振動領域を形成することによって、互いに共振周波数が異なる複数の振動領域を有するスピーカーを構成することができる。たとえば、低音域から高温域まで再生可能なマルチウェイスピーカーを構成することができる。なお、圧電構造体130は、一般的に面積が大きい方が共振周波数が低くなる。圧電構造体130の厚みを変えることによっても共振周波数を変えることができる。なお、複数の圧電構造体130の境界には、必要に応じて貫通孔または溝を形成してもよく、貫通孔または溝を充填する弾性部材として、圧電構造体を構成する樹脂部分と屈折率の近いゴム系の樹脂を用いることによって、境界部分を目立たなくしてもよい。このようにすることにより、各圧電構造体の周波数特性の分離性を高めることができる。
As shown in FIG. 14, the
以上のように、複数の圧電構造体が、それぞれの主表面が連なるように接合されて複数の振動領域を形成することにより、分離された複数の振動領域を有するスピーカーを構成することができる。この場合、複数の振動領域は、互いに共振周波数が異なることにより、周波数特性が異なる複数の振動領域を有するスピーカーを構成することができる。さらに、この場合、複数の振動領域は、互いに面積が異なることにより、簡単な構成で、周波数特性が異なる複数の振動領域を有するスピーカーを構成することができる。ただし、複数の振動領域は、必ずしも共振周波数が異なる必要はなく、たとえば、同じ特性の振動領域を二つ形成することによって、ステレオ型のスピーカーを構成することができる。なお、複数の振動領域の境界には、隣接する複数の振動領域の振動を減衰するための減衰領域が設けられることにより、複数の振動領域を有するスピーカーにおいて音の分離性を高めることができる。 As described above, a plurality of piezoelectric structures are joined so that their main surfaces are connected to form a plurality of vibration regions, whereby a speaker having a plurality of separated vibration regions can be configured. In this case, the plurality of vibration regions can be configured as a speaker having a plurality of vibration regions having different frequency characteristics by having different resonance frequencies. Further, in this case, since the plurality of vibration regions have different areas, a speaker having a plurality of vibration regions with different frequency characteristics can be configured with a simple configuration. However, the plurality of vibration regions do not necessarily have different resonance frequencies. For example, by forming two vibration regions having the same characteristics, a stereo type speaker can be configured. Note that, by providing an attenuation region for attenuating vibrations of a plurality of adjacent vibration regions at the boundaries of the plurality of vibration regions, it is possible to improve sound separability in a speaker having a plurality of vibration regions.
図15は、この発明の一つの実施の形態としてバイモルフ型のスピーカーユニットの具体的な構成を示す部分断面図である。図16は、図15に示されたバイモルフ型のスピーカーユニットにおいて配線と分極方向の関係を示す図である。 FIG. 15 is a partial cross-sectional view showing a specific configuration of a bimorph type speaker unit as one embodiment of the present invention. FIG. 16 is a diagram showing a relationship between wiring and polarization direction in the bimorph type speaker unit shown in FIG.
バイモルフ型スピーカーユニット1100は、図16にて矢印で示すように互いに分極方向が逆である圧電複合層としての樹脂層11と12のそれぞれの両側の主表面を挟むように透明の電極層21と22が接合されている。電極層21には端子Uが接続され、電極層22には端子Vが接続されることによって、所定の電圧が印加される。隣接する樹脂層11と11、隣接する樹脂層12と12は、それぞれの主表面が連なるように接合されている。複数の振動領域としての隣接する樹脂層11と11、隣接する樹脂層12と12のそれぞれの境界には、隣接する複数の振動領域の振動を減衰するための減衰領域が設けられている。具体的には、減衰領域は、貫通孔と、その貫通孔に充填されているシリコーンゴムなどの弾性部材300とから構成されている。このようにして構成された圧電構造体AとBの間には樹脂などからなる透明基板200が配置される。電極層21と22との間に所定の電圧を印加することにより、図16に示すように圧電構造体AとBのそれぞれが一体として面方向に伸縮し、たとえば、電極層21に正の電位(端子Uが正)、電極層22に負の電位(端子Vが負)になるように電圧が印加された場合、圧電構造体Aが伸びるように変位し、圧電構造体Bが縮むように変位して伸縮動作する。電極層21と22に上記と逆の電位を印加すれば、圧電構造体Bが伸びるように変位し、圧電構造体Aが縮むように変位して伸縮動作する。なお、透明基板200を境界にして、伸びる圧電構造体と縮む圧電構造体が積層されていればよい。また、上記の実施の形態では、バイモルフ型スピーカーユニット1100は、それぞれ、2層の樹脂層11と12からなる圧電構造体AとBを示しているが、2層以上の樹脂層から圧電構造体を構成してもよい。
The bimorph
図17は、この発明のもう一つの実施の形態としてバイモルフ型のスピーカーユニットの具体的な構成を示す部分断面図である。図18は、図17に示されたバイモルフ型のスピーカーユニットにおいて配線と分極方向の関係を示す図である。 FIG. 17 is a partial cross-sectional view showing a specific configuration of a bimorph type speaker unit as another embodiment of the present invention. FIG. 18 is a diagram showing the relationship between wiring and polarization direction in the bimorph type speaker unit shown in FIG.
バイモルフ型スピーカーユニット1100は、図18にて矢印で示すように互いに分極方向が逆である圧電複合層としての樹脂層11と12のそれぞれの両側の主表面を挟むように透明の電極層21と22が接合されている。電極層21には端子Uが接続され、電極層22には端子Vが接続されることによって、所定の電圧が印加される。隣接する樹脂層11と11、隣接する樹脂層12と12は、それぞれの主表面が連なるように接合されている。複数の振動領域としての隣接する樹脂層11と11、隣接する樹脂層12と12のそれぞれの境界には、隣接する複数の振動領域の振動を減衰するための減衰領域が設けられている。具体的には、減衰領域は、貫通孔と、その貫通孔に充填されているシリコーンゴムなどの弾性部材300とから構成されている。このようにして構成された圧電構造体AとBは透明基板200の上に接合されて配置される。この場合、透明基板200は、シリコーンゴムなどのゴム系の弾性材から構成される必要がある。弾性部材300は充填されていなくてもよい。電極層21と22との間に所定の電圧を印加することにより、図18に示すように圧電構造体AとBのそれぞれが一体として面方向に伸縮し、たとえば、電極層21に正の電位(端子Uが正)、電極層22に負の電位(端子Vが負)になるように電圧が印加された場合、圧電構造体Aが伸びるように変位し、圧電構造体Bが縮むように変位して伸縮動作する。電極層21と22に上記と逆の電位を印加すれば、圧電構造体Bが伸びるように変位し、圧電構造体Aが縮むように変位して伸縮動作する。また、上記の実施の形態では、バイモルフ型スピーカーユニット1100は、それぞれ、2層の樹脂層11と12からなる圧電構造体AとBを示しているが、2層以上の樹脂層から圧電構造体を構成してもよい。なお、各電極層21、22は、透明基板200の端部にてワイヤボンドなどにより駆動回路の電極端子に接続される。
The bimorph
図17〜18に示されるバイモルフ型のスピーカーユニットは、図15〜16に示されるバイモルフ型のスピーカーユニットに比べて、各圧電構造体の振動をより明確に分割することができる。低音部、中音部、高音部に分割する場合、図17〜18に示されるバイモルフ型のスピーカーユニットの構造を採用するのが望ましい。 The bimorph type speaker unit shown in FIGS. 17 to 18 can divide the vibration of each piezoelectric structure more clearly than the bimorph type speaker unit shown in FIGS. When dividing into a low sound part, a middle sound part, and a high sound part, it is desirable to employ the structure of the bimorph type speaker unit shown in FIGS.
以上のようにして、本発明の圧電構造体を用いることによって、種々のタイプの透明スピーカーを構成することができる。このような透明スピーカーを、携帯電話機、携帯ゲーム機、電子辞書、電子手帳などの電子機器の表示画面や、パーソナルコンピュータ、テレビなどの表示画面等の表面上に直接貼り付けて形成することができる。 As described above, various types of transparent speakers can be configured by using the piezoelectric structure of the present invention. Such a transparent speaker can be formed by directly pasting on the surface of a display screen of an electronic device such as a mobile phone, a portable game machine, an electronic dictionary, or an electronic notebook, or a display screen of a personal computer, a television, or the like. .
図19は、本発明のスピーカーの一つの適用例として携帯電話機を示す斜視図である。 FIG. 19 is a perspective view showing a mobile phone as one application example of the speaker of the present invention.
図19に示すように、携帯電話機50は、操作部51と表示画面部52とを備えている。表示画面部52の表面上には、本発明のユニモルフ型スピーカー1000またはバイモルフ型スピーカー1100が直接貼り付けられて形成されている。
As shown in FIG. 19, the
図20は、本発明のもう一つの適用例として携帯ゲーム機を示す平面図である。 FIG. 20 is a plan view showing a portable game machine as another application example of the present invention.
図20に示すように、携帯ゲーム機60は、操作部61と表示画面部62とを備えている。表示画面部52の表面上には、本発明のユニモルフ型スピーカー1000またはバイモルフ型スピーカー1100が直接貼り付けられて形成されている。
As shown in FIG. 20, the
一般的にスピーカーを高音質のものにするためには、スピーカーを大きくする必要があるが、現状の圧電スピーカーでは、機器のスペースの制約上、大きくするには限界がある。本発明の圧電構造体を用いることによって、スピーカーを表示画面の表面上に配置することができる。このため、スピーカーの面積を大きくすることができるので、音質を向上させることができるだけでなく、従来のようにスピーカーを機器に内蔵する必要がなくなるので、機器を小型化することができる。また、従来のスピーカーが内蔵されていた部分に新たな機能部品等を配置することができるので、機器の高機能化を図ることができる。 In general, in order to make a speaker of high sound quality, it is necessary to enlarge the speaker. However, in the current piezoelectric speaker, there is a limit to increase it due to the limitation of equipment space. By using the piezoelectric structure of the present invention, a speaker can be disposed on the surface of the display screen. For this reason, since the area of the speaker can be increased, not only the sound quality can be improved, but it is not necessary to incorporate the speaker in the device as in the prior art, and the device can be miniaturized. In addition, since new functional parts and the like can be arranged in the portion where the conventional speaker is built, it is possible to increase the functionality of the device.
また、本発明の圧電構造体では、樹脂層の基材を構成する樹脂部分に透明度の高いものを用いることによって、スピーカーの下に配置される表示画面に映る画像を明確に見ることができる。さらに、本発明のスピーカーでは、エキサイターなどの部品を必要としないので、全面を透明化することができる。 Moreover, in the piezoelectric structure of the present invention, an image displayed on a display screen arranged under the speaker can be clearly seen by using a highly transparent resin portion constituting the base of the resin layer. Furthermore, since the speaker of the present invention does not require parts such as an exciter, the entire surface can be made transparent.
本発明の圧電構造体では、基材を構成する部分が樹脂であるので、通常の衝撃程度では破壊することがない。このため、携帯電話機、携帯ゲーム機に本発明のスピーカーを採用しても、通常の使用形態では破損する可能性が非常に小さい。また、本発明のスピーカーは屈曲可能であるため、有機ELを用いたペーパーディスプレイなどに適用することも可能である。 In the piezoelectric structure of the present invention, since the portion constituting the base material is a resin, it is not broken at a normal impact level. For this reason, even if the speaker of the present invention is adopted in a mobile phone or a portable game machine, the possibility of breakage in a normal usage pattern is very small. In addition, since the speaker of the present invention can be bent, it can be applied to a paper display using an organic EL.
本発明の圧電構造体において樹脂部分の材料としては、アクリル、ポリカーボネート、アクリロニトリルスチレン、ポリスチレン、ナイロン12、ポリエーテルスルフォンなどの樹脂を用いた場合、これらの樹脂は透明性に優れ、日光による変色がなく、もしくは非常に小さいため、屋外で用いる可能性のある機器、たとえば、携帯電話機、電子手帳に本発明のスピーカーを適用するのが好適である。
In the piezoelectric structure of the present invention, as a resin part material, when a resin such as acrylic, polycarbonate, acrylonitrile styrene, polystyrene,
また、本発明のスピーカーを電車やバスなどの優先座席付近の窓に取り付けることにより、お年寄りなどにも車内放送が聞きやすくなり、かつ、スピーカーによって車窓の視界が遮られることがない。 Further, by attaching the speaker of the present invention to a window near a priority seat such as a train or a bus, it becomes easy for elderly people to listen to the in-car broadcast, and the view of the vehicle window is not blocked by the speaker.
さらに、壁面の広告、特に人物像が配置されている広告の顔の部分に本発明のスピーカーを取り付けることによって、広告内の人物像があたかもしゃべっているかのように宣伝内容を音として流すことが可能になるので、人々の興味を引き、広告効果を大きくすることができる、この場合、赤外線センサーやドップラーセンサーと本発明のスピーカーを組み合わせることによって、人が広告に近づいたときに広告内の人物像が呼びかける(呼び止める)ようにすれば、さらに広告効果を高めることができる。 Furthermore, by attaching the speaker of the present invention to the advertisement on the wall, particularly the face of the advertisement on which the person image is arranged, the advertisement contents can be played as sound as if the person image in the advertisement is speaking. It is possible to attract people's interest and increase the advertising effect. In this case, by combining the infrared sensor or Doppler sensor with the speaker of the present invention, the person in the advertisement when the person approaches the advertisement If the image calls (stops), the advertising effect can be further enhanced.
パチンコ台やパチスロ台の表面にも本発明のスピーカーを直接取り付けることができるので、全面から音が出ることにより、迫力のある演出が可能となる。 Since the speaker of the present invention can be directly attached to the surface of a pachinko machine or a pachislot machine, powerful sound can be produced when sound is emitted from the entire surface.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は以上の実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものであることが意図される。 It should be considered that the embodiments disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is shown not by the above embodiments but by the scope of the claims, and is intended to include all modifications and variations within the meaning and scope equivalent to the scope of the claims.
1,1a,1b,1c:柱状単結晶体、2:樹脂部分、10,11,12:樹脂層、21,22:電極層、100,110,120,130:圧電構造体、200:透明基板、300,310:弾性部材、1000,1100,1200:スピーカーユニット、1001:溝、1002:貫通孔。 1, 1a, 1b, 1c: columnar single crystal, 2: resin portion, 10, 11, 12: resin layer, 21, 22: electrode layer, 100, 110, 120, 130: piezoelectric structure, 200: transparent substrate , 300, 310: elastic member, 1000, 1100, 1200: speaker unit, 1001: groove, 1002: through hole.
Claims (9)
前記樹脂層の両側の主表面を挟むように配置された透明の電極層とを備え、
前記樹脂層は、透明の樹脂部分と、前記樹脂部分中に分散された、圧電性を示す複数の柱状の分散部分とを含み、
前記分散部分は、長軸方向が前記樹脂部分の法線方向とほぼ平行になるように配向して前記樹脂部分中に分散されており、直径が400nm以下であり、かつ、長軸方向に分極されている、圧電構造体。 A resin layer having opposite main surfaces on both sides;
A transparent electrode layer disposed so as to sandwich the main surface on both sides of the resin layer,
The resin layer includes a transparent resin portion and a plurality of columnar dispersed portions exhibiting piezoelectricity dispersed in the resin portion,
The dispersed portion is oriented and distributed in the resin portion so that the major axis direction is substantially parallel to the normal direction of the resin portion, has a diameter of 400 nm or less, and is polarized in the major axis direction. A piezoelectric structure.
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